翟水晶, 薛麗麗

1 福建師范大學(xué)地理研究所,福州 350007 2 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點實驗室,福州 350007 3 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,杭州 310058

閩江口潮灘濕地不同植被帶土壤及間隙水中硅的分布特征

翟水晶1,2,*, 薛麗麗3

1 福建師范大學(xué)地理研究所,福州 350007 2 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點實驗室,福州 350007 3 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,杭州 310058

以閩江口潮灘濕地為研究對象,由岸及海方向?qū)μJ葦、短葉茳芏、互花米草(潮溝內(nèi))和互花米草(潮溝外)4種濕地土壤生物硅和土壤間隙水氮硅營養(yǎng)鹽含量及其隨深度變化的特征進行為期1a的季度觀測。結(jié)果顯示：互花米草(外)、短葉茳芏、蘆葦和互花米草(內(nèi))帶濕地土壤生物硅的年均含量依次降低,分別為14.33、10.40、9.98、7.50 mg/g；互花米草(外)、互花米草(內(nèi))、短葉茳芏和蘆葦帶濕地土壤間隙水活性硅酸鹽年均含量依次降低,分別為407、359、344、323 μmol/L；濕地各植被帶土壤及間隙水含硅量均呈現(xiàn)夏秋季節(jié)高于冬春季節(jié)的趨勢。統(tǒng)計分析表明：間隙水活性硅酸鹽與土壤生物硅含量、距潮溝的距離之間的正相關(guān)性均比較顯著(P<0.05),溫度對土壤中硅含量的影響也有一定的正相關(guān)性,說明濕地植被、溫度和潮汐作用是影響閩江口濕地硅分布的重要因素。與土著種對比,互花米草入侵在一定程度上改變了閩江口潮灘濕地土壤硅分布的格局。

生物硅；活性硅酸鹽；間隙水；潮灘濕地；閩江口

硅是大多數(shù)土壤的基本成分,也是多種植物生長所必需的營養(yǎng)元素。濕地植被普遍被認為是硅聚集體,濕地土壤也被認為是巨大的硅庫[1- 2]。關(guān)于硅生物地球化學(xué)循環(huán)的研究主要集中在陸地和海洋[3],硅在濕地中的循環(huán)過程卻沒有得到充分的認識,特別是其在植物和土壤中的產(chǎn)生、滯留、傳輸以及無定形硅的溶解過程和機制研究較少[4]。據(jù)統(tǒng)計,海洋生態(tài)系統(tǒng)從外部獲取的活性硅酸鹽中80%是來自于河流生態(tài)系統(tǒng)[5],因此陸海交界的河口濕地生態(tài)系統(tǒng)被認為是研究硅的重要區(qū)域[6]。目前,關(guān)于硅在河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的研究多集中在比利時、美國、法國等濕地[7- 15],我國僅在長江口和黃河口濕地開展過[16-19]。閩江河口是中國東南沿海典型的開放式感潮河口,其最大的濕地——鱔魚灘濕地位于閩江河口區(qū)的外河口段,從潮上帶到潮下帶依次分布的優(yōu)勢種為蘆葦(Phragmitesaustralis)、短葉茳芏(Cyperusmalaccensis)和藨草(Scirpustriqueter),2004年開始外來植物互花米草(Spatinaalterniflora)入侵鱔魚灘濕地,并呈斑塊分布,而藨草逐漸消失。因此,閩江河口潮灘濕地是研究營養(yǎng)鹽沉積和互花米草入侵的典型區(qū)域。目前,在閩江口濕地進行了大量關(guān)于植被及土壤氮、磷、碳及鉀等元素的研究,但主要集中在變化特征、生態(tài)化學(xué)計量特征和儲量等方面[20-25],而關(guān)于生源要素硅還沒有開展相關(guān)工作。

在近海岸和河口生態(tài)系統(tǒng)中,越來越多的研究認為對藻類生長和生產(chǎn)力起限制作用的因子逐漸由N、P轉(zhuǎn)變?yōu)镾i和Fe[26-27],尤其是河口區(qū)活性硅酸鹽下降可導(dǎo)致近海海域中硅限制,給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來巨大的危害[28-31]。影響活性硅酸鹽的營養(yǎng)鹽因素中有機氮被認為對硅素影響較大[32-34],而無機氮對硅素的影響研究較少,僅在膠州灣發(fā)現(xiàn)海水中顆粒態(tài)生物硅含量與溶解無機氮顯著正相關(guān)[33]。鑒于以上問題,本文以閩江口潮灘濕地為研究對象,于2012年10月—2013年9月期間沿由岸及海方向依次選擇蘆葦、短葉茳芏和互花米草植被帶(分潮溝內(nèi)外),對土壤間隙水中活性硅酸鹽與無機氮以及土壤生物硅含量進行了1a的觀測,分析其剖面和季節(jié)變化特征,以期為閩江口地區(qū)硅生物地球化學(xué)循環(huán)過程研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為研究互花米草入侵提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及采樣點

在鱔魚灘濕地西部,選擇植被帶分布比較明顯、受人類干擾相對較少的區(qū)域,設(shè)置一個由岸向海方向的垂直樣線,分別在該樣線上的蘆葦、短葉茳芏和互花米草植被帶選擇中心點位,其經(jīng)緯度信息分別為(26°1′58.64″,119°36′52.46″)、(26°5′0.63″,119°36′55″)和(26°2′1.98″,119°36′56.88″),2013年1月起增加離海更近、30 m寬潮溝外的互花米草植被帶(其中心點位信息為26°2′8″,119°37′3.9″)作為對比。以每個植被帶的中心點位為中心選擇邊長1m的正三角形,其3個頂點作為采樣點(圖1)。

圖1 研究區(qū)域與采樣點(根據(jù)2010年遙感影像數(shù)字化所繪)Fig.1 Map of study area and sampling locations

為了便于比較各植被斑塊濕地間的差異,本文分別將蘆葦、短葉茳芏和互花米草植被帶濕地簡稱為蘆葦濕地、短葉茳芏濕地和互花米草濕地,潮溝內(nèi)外的互花米草濕地分別簡稱為互花米草(內(nèi))濕地和互花米草(外)濕地。

1.2 樣品采集與處理

(1)樣品采集 分別于2012年10月24日、2013年1月28日、2013年4月20日和2013年9月7日,在蘆葦、短葉茳芏、潮溝內(nèi)外互花米草植被采樣點用直徑 10 cm高60 cm的柱狀采泥器取地下30 cm的柱狀土樣,以 5 cm厚度進行現(xiàn)場分割,共分6層 (0—5、5—10、10—15、15—20、20—25、25—30 cm),裝入自封袋,立即運回實驗室。

(2)間隙水 對每層土壤以4000 r/min的轉(zhuǎn)速進行離心10 min,將所得上清液置于聚丙烯瓶內(nèi),在4℃冰箱里冷藏備用。

(3)土壤 將未進行離心的土壤自然風(fēng)干,待樣品完全干燥后研磨、過100目尼龍網(wǎng)篩,裝入聚乙烯塑料袋中密封保存,備用。

1.3 分析方法與數(shù)據(jù)處理

活性硅酸鹽(Dissolved Silicate,DSi)測定：按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》第4部分(GB17378.4—1998)中“活性硅酸鹽硅鉬藍法”測定間隙水活性硅酸鹽含量。方法的精密度：以2015年4月在蘆葦斑塊濕地所取表層5 cm間隙水樣為例測得其活性硅酸鹽含量為(57.11±2.85)μmol/L (n=3),相對標準偏差為4.99%。

土壤(Biogenic Silica,BSi)的測定：采用熱堿法。稱取重量約200 mg土壤樣品于50 mL聚丙烯離心管中,加入5 mLH2O2(10%)震蕩搖勻,30 min后,加入5 mL 1 mol/L HCl搖勻并靜置30 min,去除碳酸鹽和有機質(zhì)。再加入20 mL去離子水,以4000 r/min離心10 min,棄去上清液,去除多余的酸和過氧化物。然后,將樣品置于烘箱中60 ℃干燥12h后,加入85℃ 2 mol/L的Na2CO3提取液50 mL,震蕩混勻,放入85℃恒溫水浴,間隔1、3、5 h,各提取1次,每次提取0.2 mL,提取液中的硅酸鹽含量用硅鉬藍比色法測定,根據(jù)提取液中硅含量隨時間變化做動力曲線,利用其直線部分的反延長線與Y軸的交點值確定樣品中BSi含量[16,35]。

方法的精密度：潮溝外互花米草濕地(生物硅含量相對較高)土壤生物硅含量為(6.60±1.11)mg/g(n=5),相對標準偏差為18.7%。潮溝內(nèi)互花米草濕地(生物硅含量相對較低樣品)土壤生物硅含量為(4.57±0.96)mg/g (n=5),相對標準偏差為21.1%。

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS17.0,EXCEL軟件進行統(tǒng)計分析與制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同季節(jié)不同植被帶濕地土壤間隙水活性硅酸鹽含量的垂直變化特征

總體上,濕地土壤間隙水活性硅酸鹽含量在夏秋季節(jié)高于冬春季節(jié)(圖2)。2013年9月正值夏末,閩江口各植被帶土壤間隙水中活性硅酸鹽含量最高,變化于389—763 μmol/L；其次為2012年10月(308—342μmol/L)、2013年4月(73—412 μmol/L)；2013年1月最低,變化于171—311 μmol/L。從各植被帶濕地來看,土壤間隙水活性硅酸鹽含量大小分別為：互花米草(外)>互花米草(內(nèi))>短葉茳芏>蘆葦,年均值分別為407、359、344和323 μmol/L。其中,互花米草濕地(內(nèi)外濕地平均)間隙水在2013年9月含硅量最高達592 μmol/L,2013年1月最低264 μmol/L。從剖面來看,各種植被帶土壤間隙水含硅量的變化趨勢大體一致,均隨深度增加呈折線變化趨勢,且季節(jié)間差異較大。

圖2 不同季節(jié)不同植被帶濕地土壤間隙水活性硅酸鹽含量垂直變化 Fig.2 Vertical variance of DSi in the interstitial water of different vegetations wetland soil in different seasons

圖3 不同季節(jié)不同植被帶濕地土壤間隙水中含量垂直變化特征Fig.

圖4 不同季節(jié)不同植被帶濕地土壤間隙水中含量垂直變化特征Fig.

2.3 不同植被帶土壤間隙水營養(yǎng)鹽的季節(jié)平均含量

圖5 不同植被帶土壤間隙水營養(yǎng)鹽各季節(jié)的平均含量 Fig.5 Average nutrients′ contents in interstitial water of different vegetation soil in each season

2.4 不同植被帶土壤生物硅的剖面分布特征

從深度變化來看,4種植被濕地土壤生物硅含量的剖面分布特征大致呈現(xiàn)折線變化趨勢(圖6),除了2013年4月互花米草(外)、2013年9月互花米草(外)和蘆葦濕地土壤生物硅含量隨深度變化較大,其他變化幅度均較小,總體上隨深度增加生物硅含量略有增加的趨勢,特別是在2013年4月和9月比較明顯,而2012年10月和2013年1月深度越大土壤生物硅含量下降的趨勢比較明顯。從季節(jié)變化來看,4種植被濕地土壤生物硅在2012年10月、2013年1月、4月和9月的平均含量分別為：(8.48±0.60)、(6.76±0.78)、(10.92±1.98)、(14.60±2.69) mg/g。

圖6 不同季節(jié)不同植被帶土壤生物硅含量剖面分布特征Fig.6 Vertical variance of BSi content in the soil of different vegetations in different seasons

2.5 不同植被帶濕地土壤生物硅的季節(jié)變化

蘆葦、短葉茳芏、互花米草(內(nèi))和互花米草(外)濕地土壤生物硅的年平均含量分別為(9.98±2.66)、(10.40±2.33)、(7.50±0.46)、(14.33±2.78)mg/g(圖7)。其中,潮溝外互花米草濕地土壤生物硅含量最高(8.82—17.67 mg/g),潮溝內(nèi)互花米草濕地土壤生物硅含量最低(6.57—8.56 mg/g),年均變化較小。除了潮溝內(nèi)互花米草,其他3種植被濕地土壤生物硅含量均遵循“夏秋季節(jié)高、冬春季節(jié)低”的趨勢。

圖7 不同植被帶土壤生物硅平均含量的季節(jié)變化 Fig.7 Seasonal variance of the average BSi content in the wetland soil of different vegetations

3 討論

3.1 影響土壤和間隙水中硅分布的主要因素

河口濕地土壤中生物硅含量高低與土壤理化性質(zhì)有關(guān)。當土壤pH值小于8時,pH值對生物硅溶解度的影響略小,大于8時影響顯著[36- 37]。鱔魚灘濕地土壤pH值平均6.68±0.03[38],對土壤生物硅含量影響較小。土壤的機械組成差異也能影響生物硅含量變化,顆粒越細有機質(zhì)含量越豐富,越有利于生物硅的賦存與累積[32]。本文研究地點鱔魚灘濕地土壤中黏土、粉砂含量分別為22.33%、71.11%[39],有利于土壤生物硅賦存,通過對比大致上可以發(fā)現(xiàn)：蘆葦、短葉茳芏、互花米草(潮溝內(nèi))濕地土壤黏土含量越高,土壤生物硅含量也越高；相反,砂礫含量越高,土壤生物硅含量越低。

一般,土壤中無機氮含量相對較低(鱔魚灘濕地土壤無機氮約占全氮0.40%[40]),對土壤生物硅的影響尚不明確,只有葉曦雯[33]在膠州灣研究發(fā)現(xiàn)海水中顆粒態(tài)生物硅含量與溶解無機氮(P=0.01)顯著正相關(guān),與磷酸鹽之間不存在明顯關(guān)系(P=0.14)。在鱔魚灘濕地也發(fā)現(xiàn)：土壤生物硅含量與間隙水中活性硅酸鹽含量以及間隙水中溶解無機氮含量之間均呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系(圖8)。據(jù)統(tǒng)計,閩江河口硅藻占浮游植物總數(shù)量的91%,其密度與溶解無機氮和硅酸鹽均呈正相關(guān)關(guān)系,與磷酸鹽呈負相關(guān)關(guān)系[41]。由此可見,濕地水體及土壤水中營養(yǎng)鹽(活性硅酸鹽與無機氮)的高低對藻類、植物體生長和繁殖有明顯的影響,死亡的硅藻碎屑是水體中顆粒態(tài)生物硅的重要來源,并最終成為土壤生物硅的一部分。而植物體死亡后,分解釋放活性硅酸鹽至濕地水體或土壤水中,植硅石通過成巖過程在土壤中沉積[2,42]。因此可推斷,濕地水體中活性硅酸鹽與無機氮含量較高時,可以促進硅藻和植物體的生物作用,間接地提高土壤生物硅的含量。

圖8 土壤生物硅含量與土壤間隙水中營養(yǎng)鹽的相關(guān)性Fig.8 Correspondence between concentration of nutrients in the interstitial water and BSi in the soil

在潮汐濕地,潮水的滯留和沖刷對濕地硅含量有重要影響[4]。閩江河口濕地屬于半日潮潮汐濕地,潮汐給鱔魚灘濕地帶來豐富的水源。2012年10月—2013年9月間閩江口四種植被帶濕地土壤間隙水活性硅酸鹽年均含量依次為：互花米草(外)濕地>互花米草(內(nèi))濕地>短葉茳芏濕地>蘆葦濕地,基本符合離海愈近土壤間隙水含硅量愈高的規(guī)律,說明離潮溝愈近、潮水滯留愈久,濕地土壤含水量愈高,間隙水活性硅酸鹽含量也愈高。而土壤生物硅年均含量依次為：互花米草(外)濕地>短葉茳芏濕地>蘆葦濕地>互花米草(內(nèi))濕地,與距潮溝距離無明顯相關(guān)性,這與劉森[43]在黃河口濕地得出的土壤生物硅含量與距海岸線的距離均呈負相關(guān)關(guān)系(P<0.01)的結(jié)論相悖,這可能與兩濕地土壤理化性質(zhì)、生長的植物類型不同而導(dǎo)致土壤儲存硅的能力有關(guān)。本研究采樣點恰好位于三種植被帶中心位置,由此也可進一步推斷濕地植被對土壤生物硅影響的重要性[44]。

不同種類植被對硅素的生長吸收與分解釋放的能力不同,因此,濕地植物的類型和豐度能夠影響濕地土壤生物硅含量的高低以及硅的分布[4]。研究發(fā)現(xiàn),在蘆葦為優(yōu)勢種的淡水濕地中超過40%活性硅酸鹽是蘆葦分解造成的[10]。在我國長江河口濕地蘆葦含硅量(25.78—40.92 mg/g)高于互花米草(6.71—7.97 mg/g),導(dǎo)致長江口蘆葦濕地土壤含硅量高于互花米草濕地[16],本文同樣也發(fā)現(xiàn)閩江口鱔魚灘濕地蘆葦帶濕地土壤生物硅含量(5.12—17.46 mg/g)高于潮溝內(nèi)互花米草帶濕地土壤生物硅含量(6.57—8.56 mg/g)。

另外,土壤生物硅在不同溫度下具有不同的溶解度,溫度越高溶解度越大[45],而且溫度升高可以加速濕地植被枯枝爛葉分解、土壤微生物活動而促進更多的硅進入土壤和間隙水中[46-47]。在潮汐影響下,閩江口枯落物分解過程中從5月份開始熱值明顯升高[48],說明此時植物枯落物分解加速,引起植物枯落物向水體釋放硅的速度加快,并導(dǎo)致夏季(平均30.6℃)濕地土壤間隙水活性硅酸鹽含量達到最高。秋季,雖然枯落物繼續(xù)分解,但溫度下降(平均21.0℃)導(dǎo)致間隙水活性硅酸鹽濃度降低,冬季最低,春季隨著溫度回升(平均18.5℃),植物生長也開始消耗硅,這樣就導(dǎo)致冬春季節(jié)濕地土壤間隙水活性硅酸鹽含量低于夏秋季節(jié)。同樣,在比利時 Schelde河口濕地[7]和美國北卡羅來納州半咸水潮汐濕地間隙水[11]也發(fā)現(xiàn)同樣的季節(jié)變化特征。

綜上,閩江口鱔魚灘濕地水體中營養(yǎng)鹽(主要指活性硅酸鹽與無機氮)含量、濕地植被、潮汐作用、溫度等因素均可以影響濕地土壤生物硅含量的高低,但其具體影響過程及機制尚不明確,還有待進一步研究。

3.2 互花米草入侵對濕地硅分布的影響

河口潮灘濕地在控制海域營養(yǎng)狀況和營養(yǎng)鹽循環(huán)過程中具有重要的作用,其具有凈化陸源污染和削減其入海通量的緩沖功能[49],而植物則是潮灘濕地對物質(zhì)的保持與去除的凈化功能的體現(xiàn)者。潮灘植物除了影響營養(yǎng)鹽分布外,還會改變沉積環(huán)境,因此會影響間隙水中各營養(yǎng)鹽生物有效性。自2004年以來,互花米草作為入侵種,改變了閩江河口鱔魚灘濕地從潮上帶到潮下帶依次分布的土著種蘆葦帶、短葉茳芏帶以及藨草帶的分布格局,在一定程度上改變了濕地系統(tǒng)原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能。

根據(jù)1a觀測結(jié)果,閩江口鱔魚灘濕地由岸及海方向,蘆葦、短葉茳芏、潮溝內(nèi)互花米草帶土壤間隙水中活性硅酸鹽年平均含量分別為323、344、359 μmol/L,土壤生物硅年平均含量分別為9.98、10.40、7.50 mg/g?？v然,閩江口各植被帶濕地土壤硅分布與距離潮溝遠近有一定相關(guān)性,但潮溝內(nèi)互花米草帶土壤生物硅含量遠低于蘆葦和短葉茳芏,這除了與潮汐沖刷作用有關(guān),還可能與植物根系有關(guān)。夏季,互花米草0—15 cm地下生物量最低,其次是蘆葦,短葉茳芏最高[50],根系不發(fā)達也可能造成潮溝內(nèi)互花米草濕地土壤不易保存生物硅。同時也說明互花米草入侵在一定程度上改變了閩江口潮灘濕地土著種濕地土壤硅分布的格局。

濕地植物是硅聚集體,在植物的生長過程中,不斷吸收水體中的硅酸鹽并以植硅石的形式保存在體內(nèi),不同植物吸收硅的能力不同。長江口濕地蘆葦、互花米草體內(nèi)生物硅含量分別為25.78—42.74mg/g、6.71—8.92mg/g,且死亡組織高于活體[16],法國Brest海灣濕地互花米草生物硅含量為2.23—7.82mg/g[12],可見互花米草富集硅的能力并不是很高。鄧自發(fā)等[51]的研究結(jié)果表明：互花米草的凈生長速率明顯高于蘆葦?shù)韧林N,因此在生長速度、生產(chǎn)力等方面占有極大的優(yōu)勢,增加了互花米草入侵及擴張的幾率。因此,我們推測：互花米草的快速生長吸收了土壤中硅造成植被帶中生物硅含量較低,而同時較低的土壤生物硅含量不能夠滿足互花米草生長需要,只能進一步向周邊土著種入侵吸收更多的硅,對土著種生存環(huán)境造成威脅,獨立斑塊規(guī)模逐漸擴大,同時更大范圍地改變了潮灘濕地的理化性質(zhì),包括pH、堿度及溶解性還原溶質(zhì)等[4],進而影響濕地硅的生物化學(xué)地球循環(huán)過程。

3.3 閩江口土壤生物硅與其他河口、海域?qū)Ρ?/p>

生物硅具有來源和循環(huán)過程相對簡單、保存也相對較為穩(wěn)定的特點,相對于有機碳,表征水體生產(chǎn)力水平也比較有優(yōu)勢[52]。通過對近30年來葉綠素和初級生產(chǎn)力資料的整理和分析發(fā)現(xiàn)：中國渤海、黃海、東海、南海的初級生產(chǎn)力分別為289、404、372、468 mg C m-2d-1,具有從北到南逐漸上升的趨勢[53]。從表1可以看出,中國近海沉積物中生物硅分布也呈現(xiàn)出一定的緯度分布規(guī)律：渤海和膠州灣較低(平均值分別為4.3 mg/g[54]和5.1 mg/g[33]),其次為長江口海域平均12.0 mg/g[55],而南海南部生物硅含量則較高(平均值49.6 mg/g[56]),這與中國近海水體生產(chǎn)力水平保持一致[57]。從河口濕地來看,閩江口(本文數(shù)據(jù))濕地生物硅含量最高,其次為黃河口[43],長江口[34]最低,這除了與周邊海域生產(chǎn)力水平高低有關(guān)外,可能還與濕地生長植物的類型、覆蓋率和生物量有關(guān),另外還與上游河流輸入有一定關(guān)系。與國外河口潮汐濕地相比,閩江口潮灘濕地土壤生物硅平均含量為10.6 mg/g,與比利時河口濕地[6]、德國易北河流域潮汐濕地[15]和美國北卡羅來納州半咸水潮汐濕地[11]相當。

表1 國內(nèi)外海灣、?？谕寥?沉積物生物硅含量分布(括號內(nèi)為平均值)

4 結(jié)論

(1)閩江口潮灘4種植被帶土壤間隙水含硅量大小分別為：互花米草(外)濕地>互花米草(內(nèi))濕地>短葉茳芏濕地>蘆葦濕地。從土壤剖面來看,間隙水含硅量的變化均隨深度增加呈折線變化趨勢,季節(jié)差異較大。

(2)濕地土壤生物硅的平均含量大小分別為：互花米草(外)濕地>短葉茳芏濕地>蘆葦濕地>互花米草(內(nèi))濕地,濕地土壤及間隙水含硅量均呈現(xiàn)“夏秋高于冬春”的季節(jié)變化特征。

致謝：黃佳芳、章文龍、楊平、汪旭明、任洪昌、紀欽陽對野外采樣提供幫助,特此致謝。

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Changes in the distribution of silica in the porewaters and sediments of the intertidal zone with different plant communities in the Min River Estuary

ZHAI Shuijing1,2,*, XUE Lili3

1InstituteofGeography,FujianNormalUniversity,Fuzhou350007,China2CollegeofGeographicalSciences,FujianNormalUniversity;KeyLaboratoryofHumidSubtropicalEco-geographicalProcessMinistryofEducation,Fuzhou350007,China3CollegeofEnvironmental&ResourceSciencesofZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China

Silicon (Si) is an essential nutrient for many plants as well as an important element that controls the functions of terrestrial and aquatic ecosystems. Wetland ecosystems are considered to be very important for Si transport and transformation in nutrient biogeochemical cycles. However, information on Si cycling in wetland ecosystems is scarce. The Shanyutan wetland is the largest tidal wetland in the estuary of the Min River, southeast China. In this study, the Si distribution pattern and its influencing factors were determined by seasonally measuring the levels of dissolved silicates (DSis) in the porewater and biogenic silica (BSi) in the sediments ofPhragmitesaustraliswetland (PAW),Cyperusmalaccensiswetland (CMW), andSpartinaalterniflorawetland (SAW) from October 2012 to September 2013. For better comparison, three sampling sites were added in SAW since January 2013; these sites were isolated by a 30m wide tidal creek. The sampling sites near the land were marked asS.alterniflorawetland (inside; SAWI), whereas those near the sea were marked asS.alterniflorawetland (outside; SAWO). The results indicated that the average contents of BSi were 14.33 mg/g in SAWO, 10.40 mg/g in CMW, 9.98 mg/g in PAW, and 7.50 mg/g in SAWI. The average concentrations of DSis in the sediment porewater were 407 μmol/L in SAWO, 359 μmol/L in SAWI, 344 μmol/L in CMW, and 323 μmol/L in PAW. Generally, the contents of BSi in the sediments and DSis in the porewater were higher in summer and autumn, whereas they were lower in spring and winter. Statistical analysis revealed significantly positive correlations between DSi concentration in the porewater and BSi content in the sediments or the distance from the shoreside to the tidal creek (P<0.05). BSi content in the sediments was slightly positively correlated with temperature. Taken together, our findings suggest that the distribution of Si in the wetlands of the Min River estuary was correlated with vegetation, temperature, and tidal action. Unlike that of native species, the invasion ofS.alterniflora, to some extent, altered the distribution patterns of Si in the wetlands.

biogenic silica; dissolved silica; porewater; tidal wetland; Min River estuary

國家自然科學(xué)基金項目(41401114)；福建省教育廳項目(JA14082)

2015- 01- 14;

日期:2016- 03- 03

10.5846/stxb201501140109

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhaisj@fjnu.edu.cn

翟水晶, 薛麗麗.閩江口潮灘濕地不同植被帶土壤及間隙水中硅的分布特征.生態(tài)學(xué)報,2016,36(21):6766- 6776.

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