泉州湾滨海湿地机械治理互花米草对土壤理化性质的影响

摘" 要：为进一步了解入侵物种互花米草的治理对滨海湿地土壤理化性质的影响，该研究选择在泉州湾滨海湿地互花米草集中连片区进行机械治理，于2022年6月、9月、12月和2023年3月、6月在互花米草治理区采集0～60 cm土壤样品，以治理区附近光滩为对照样地，通过分析机械治理技术下互花米草治理区土壤的理化性质，揭示机械治理互花米草对土壤理化性质的影响。研究结果为机械治理方式下在土壤0～60 cm土层有机质、全氮、全磷含量均显著增加（Plt;0.05）;光滩有机质、全氮和全磷含量均无显著变化（Pgt;0.05）;盐度短时间有显著差异（Plt;0.05），后又回归治理前水平;pH在治理前后均无显著差异（Pgt;0.05）。研究结果对滨海湿地外来入侵物种互花米草的治理提供科学依据，对滨海湿地生态修复和保护具有重要意义。

关键词：入侵物种;互花米草;机械治理;土壤;理化性质

中图分类号：X173" " " 文献标志码：A" " " " "文章编号：2096-9902（2025）02-0021-05

Abstract： To further understand the impact of managing the invasive species Spartina alterniflora （S. alterniflora） on the physicochemical properties of coastal wetland soil， this study selected a concentrated area of S. alterniflora in the coastal wetland of Quanzhou Bay for mechanical management. Soil samples from the 0～60 cm layer were collected in June， September， and December 2022， as well as March and June 2023， from the S. alterniflora management area. The nearby bare tidal flat was used as a control site. By analyzing the physicochemical properties of the soil in the S. alterniflora management area under mechanical management techniques， the study aimed to reveal the impact of mechanical management of S. alterniflora on soil physicochemical properties. The research results are as follows： Under mechanical management， the content of organic matter， total nitrogen， and total phosphorus in the 0～60 cm soil layer increased significantly （Plt;0.05）; there were no significant changes in the content of organic matter， total nitrogen， and total phosphorus in the bare tidal flat （Pgt;0.05）; salinity showed significant differences for a short period （Plt;0.05） and then returned to pre-management levels; there were no significant differences in pH before and after management （Pgt;0.05）. The research results provide a scientific basis for the management of the invasive species S. alterniflora in coastal wetlands and are significant for the ecological restoration and protection of coastal wetlands.

Keywords： invasive species; Spartina alterniflora; mechanical treatment; soil; physical and chemical properties

互花米草最初作为促进滩涂的淤积和稳固海岸线的生态工程被引入中国沿海地区，因其超强的适应能力与强大的繁殖力，加之在新环境中没有天敌，在引种地迅速扩散蔓延，对滨海湿地原生生态系统构成严重威胁，与滨海湿地乡土植物争夺生存空间与资源，逐渐在竞争中占据优势，导致乡土植物群落被边缘化乃至替代。这一过程不仅削弱了生态系统的物种多样性，还严重影响了原生生态系统的整体结构与功能，带来了一系列不利的变化与影响，降低了原生生态系统的生物多样性，被认定为外来入侵物种[1-2]。滨海湿地是陆水相互作用形成的自然生态系统，有着丰富的生物资源和极高的生态价值[3]，互花米草入侵对滨海湿地生态系统结构和功能产生了一系列影响，包括对地形地貌、潮汐水文过程、根际微生物、动植物及其生境，以及碳、氮、磷等元素循环过程的影响[4-7]，为了保护滨海湿地生态系统，需对互花米草进行治理，然而在互花米草的治理实施过程中不可避免地会对湿地土壤周边的生态环境产生一系列影响，这些影响不仅是评估治理成效的关键指标，也关系到治理技术的科学性。

互花米草的治理技术方法包括物理、化学、生物和综合等方法[8-12]，其中效果较好的是利用乡土红树植物防控互花米草的生物——物理治理方法[13]，该方法主要通过人工刈割、翻耕、乡土红树植物种植等步骤防治互花米草，赵秋毅[14]和段博文[15]已对该方法治理互花米草的生态效应进行深入研究。随着海上机械的发展，为提高治理互花米草的效率，近期大多采用海上钩机替代人工进行治理互花米草，但缺乏相应的治理后生态评估的研究。本文选取泉州湾互花米草未入侵的光滩湿地和互花米草机械治理区湿地作为研究样地，通过对互花米草治理过程中土壤理化性质进行监测，分析机械治理互花米草过程中滨海湿地土壤理化性质的变化规律，评估机械治理方法对滨海湿地土壤的影响，研究结果对滨海湿地外来入侵物种互花米草的治理提供科学依据，对滨海湿地生态修复和保护具有重要意义。

1" 材料与方法

1.1" 试验设计

试验样地位于泉州湾滨海湿地石狮市水头村（24°47′25.51″N，118°39′28.55″E），互花米草在滩涂上为集中连片分布类型，2022年6月确定机械治理互花米草区域并采集原始土壤样，2022年7月开始进行机械治理互花米草，采用海上钩机深挖深翻技术，破坏其根系，对互花米草粗茎、根系进行填埋。不仅地上部分被割除，而且切断了地上部分向根系的营养输送，同时表层扫平，利用滩泥黏性形成一层隔层，有利于根部秸秆发热发酵，大量根系逐渐死亡分解，从而达到机械治理最佳效果。

1.2" 样品采集

在互花米草治理区近海岸湿地选择适宜的地块进行土壤样采集，并在治理区附近的近海岸湿地光滩选择适宜的地块进行土壤样品采集，采样区设置3个1 m×1 m的方块，每组土壤样的采集分为3层，即为离土面深度0～20 cm、20～40 cm以及20～60 cm。将土壤样品放入自封袋内带回实验室，去除肉眼可见的动植物残体、石块等杂质，在阴凉条件下自然风干，避免阳光直射，风干后研磨，过100目筛储存备用。土壤样品在互花米草进行治理前采样1次，即2022年6月28日，治理工作完成后采样4次，每季度采样1次，即2022年9月26日、2022年12月28日、2023年3月25日和2023年6月26日。

1.3" 测定指标及方法

测定指标主要包括土壤盐度、pH、总有机质、全氮和全磷等。土壤盐度和pH的测定分别采用DSM-5盐度计和FE-20 pH计测量，土壤总有机质、全氮、全磷含量的测定分别采用马弗炉灼烧法[16]、自动定氮仪法[17]、碱熔-钼锑抗分光光度法[18]。

1.4" 数据处理

数据的平均值和标准偏差通过3个重复样品计算。采用Microsoft Excel 2016软件进行初步数据处理，实验结果采用 SPSS 26.0软件进行单因素方差分析，采用Origin 2024绘制数据图。

2" 结果与分析

2.1" 互花米草治理土壤全量养分含量的变化

互花米草治理区与光滩对照区土壤有机质含量如图1（a）所示，治理前互花米草治理区土壤有机质含量为15.34～24.15 g/kg，6个月后治理区土壤有机质含量有所上升，为25.69～33.52 g/kg，40～60 cm土层与光滩存在显著差异（Plt;0.05）;治理一年后，治理区土壤有机质含量为25.47～34.19 g/kg，显著高于光滩12.36～19.55 g/kg（Plt;0.05）;光滩与治理区土壤有机质含量均存在显著差异（Plt;0.05）。各样点20～60 cm有机质含量均无显著差异（Pgt;0.05）。互花米草治理区与光滩对照区土壤全氮含量如图1（b）所示，治理前互花米草治理区土壤全氮含量为0.76～1.12 g/kg，3个月后治理区土壤全氮含量有所上升，为1.05～1.45 g/kg，0～60 cm土层与光滩存在显著差异（Plt;0.05），治理一年后，治理区土壤全氮含量为0.87～1.29 g/kg，高于光滩0.52～1.12 g/kg（Plt;0.05）;20～60 cm各土层之间不存在显著差异（Pgt;0.05）。互花米草治理区与光滩对照区土壤全磷含量如图1（c）所示，治理前互花米草治理区土壤全磷含量为0.56～0.78 g/kg，3个月后治理区土壤全磷含量有所上升，为0.86～1.35 g/kg，0～60 cm土层与光滩存在显著差异（Plt;0.05），治理一年后，治理区土壤全磷含量为0.67～1.18 g/kg，仅在40～60 cm土层存在显著差异（Pgt;0.05）;20～60 cm土层的土壤与光滩不存在显著差异（Pgt;0.05）。

2.2" 互花米草治理土壤盐度和pH的变化

互花米草治理区与光滩对照区土壤盐度如图2（a）所示，土壤盐分含量在互花米草进行治理3个月后有上升，与光滩存在显著差异（Plt;0.05），0～60 cm各土层间不存在显著性差异（Pgt;0.05），治理一年后土壤盐分含量与光滩不存在显著差异（Pgt;0.05）。治理3个月后治理区土壤盐度高于光滩，与光滩存在显著差异（Plt;0.05），治理6个月后，治理区土壤盐度有所下降，与光滩存在显著差异（Plt;0.05），治理一年后治理区土壤盐度与光滩不存在显著差异（Pgt;0.05）;互花米草治理区与光滩对照区土壤pH如图2（b）所示，互花米草治理区与光滩对照区土壤pH在治理前后基本保持不变且无显著性差异（Pgt;0.05），0～60 cm各土层之间也不存在显著性差异（Pgt;0.05）。

3" 讨论

3.1" 互花米草治理对土壤有机质的影响

土壤有机质含量影响着滨海湿地营养物质的生物地球化学循环过程[19]，反映着滨海湿地环境质量和健康状况的重要指标[20]。治理区土壤有机质含量在机械治理后增加，这是由于互花米草机械治理后地下部分死亡分解，由于其输入物质的分解速率和周转速率较低，治理区表层土壤的有机质含量会明显增加，并随着时间而不断累积[21-23]。由于土壤的物理结构疏松透气，增加了土壤有机质的返还量，翻耕的同时一般来说互花米草残体和未分解的新鲜植物残渣是土壤中有机质的主要来源[24]，它们作为输入物被微生物分解并部分转化为土壤中的有机质。随后有机质含量又下降，这是由于互花米草治理区翻耕导致带入了大量的互花米草茎叶残体进入土壤，并且翻耕处理在一定时间内增加了土壤的通气性能，加强了土壤的呼吸强度，可促进有机碳的分解，且缺少外源有机物的输入，造成了有机质含量逐渐减少。

3.2" 互花米草治理对土壤全氮的影响

土壤的氮含量水平主要受地表覆被状况、人为干扰等多重因素的影响。湿地土壤中氮元素的输入主要有4个途径：第一是大气中的氮沉降现象;第二是生物固氮作用，包括根瘤菌和蓝藻等微生物的参与;第三是人类活动，特别是化肥的施用和污水的排放直接或间接地输入;第四是地表径流所携带的氮元素。氮元素在湿地生态系统中扮演着重要的角色，其含量已成为评估生态系统生产潜力和健康状态的关键因素，在湿地复杂的物质循环与能量流动网络中，氮元素有着极高的活跃性，在土壤物质循环过程中涉及物理、化学等多重复杂过程。本研究中在治理后不同层土壤全氮含量较之治理前有所提升，反映了机械治理互花米草尽管短期内能够有效提升治理区土壤的全氮含量，然而随着时间的推移在治理区的土壤尤其是上层土壤的全氮含量却会出现一定程度的下降趋势。在治理前互花米草治理区土壤全氮含量高于光滩对照区，在治理9个月后，全氮含量有下降趋势，这可能是由于缺少植物分解可输入的外源有机氮造成的，土壤中互花米草的残体可以刺激细菌通过氮的利用、保留和固定来增加氮储存能力。大量的互花米草残体被遗留并掩埋在土壤表层，这些残体并未被潮汐作用带走，随后在土壤微生物的活跃作用下互花米草残体逐渐分解，进而释放出丰富的氮元素至土壤中，从而显著提升了土壤表层的氮含量。研究结果揭示实施机械治理互花米草一年后，土壤表层的氮素含量实现了较为明显的提升，而土壤深层的氮含量则呈现出轻微的增长趋势。

3.3" 互花米草治理对土壤全磷的影响

土壤内的营养元素受到植物根系吸收活动以及地下根茎降解后矿化过程的双重影响，进而调节了氮、磷等营养元素的分配。互花米草的机械治理会对土壤的理化性质带来一定程度的改变与影响。土壤全磷含量与土壤全氮含量的变化趋势相同，在翻耕后升高是由于互花米草地下部分死亡分解，土壤磷元素的返还量得到了提升。土壤中磷元素的主要形态是正磷酸盐且多与有机质紧密结合[25]，这决定了土壤磷的垂直分布特性深受有机质垂直分布模式的影响。土壤全磷含量沿土壤剖面向下呈现逐渐降低的总体趋势，尽管其间存在细微波动，但整体变化较为平稳。本研究结果表明，在治理前互花米草治理区土壤全磷含量与光滩土壤全磷含量差异不大，而在治理后土壤全磷含量增加，光滩土壤全磷含量变化不大，治理结果表明20～60 cm土层土壤影响较小，互花米草的机械治理可能引发了土壤表层的扰动，进而影响了表层磷元素的分布状态。

3.4" 互花米草治理对土壤盐度的影响

初期观测到土壤盐度有所上升，但随后又恢复至治理前的水平，这一现象可能归因于机械翻耕过程中，在治理区域内遗留了大量互花米草的残体，基于钦佩等[26]的研究成果，互花米草湿地生态系统中，主要离子的浓度分布遵循植物体内高于土壤，土壤又高于海水的规律，因此，当大量互花米草残体留存在土壤中并经历分解过程时会释放出丰富的离子盐，这可能是机械翻耕初期土壤盐度上升的一个原因。此外，机械治理还可能加速土壤水分的蒸发，进一步影响了土壤盐度的变化，从而增加了土壤中的含盐量[27]。但6个月后，互花米草大量残体所带来的盐度上升效应逐渐减弱，这一过程的最终结果是土壤盐度的下降，这表明土壤系统具有一定的自我调节能力，能够逐步恢复到较为稳定的盐度状态。机械治理对土壤不同土层盐度的影响不一样，在40～60 cm下层土壤的盐度是最高的，其次是20～40 cm中层，最后是0～20 cm上层，治理区与光滩土壤规律一致，可以说明，机械治理对土壤下层40～60 cm土层的盐度影响是最大的，其次是中层土壤，最后才是上层土壤。可能原因之一是互花米草残体在淋溶作用下迁移分解大量盐回归土壤，导致40～60 cm层土壤盐度最高。

3.5" 互花米草治理对土壤pH的影响

滨海湿地的土壤pH主要受到潮汐、有机质含量、硫化物含量等多重因素的影响[28]。本研究结果表明，机械治理互花米草集中连片区对治理区土壤pH没有显著影响，在治理区仅有轻微变化，原因可能与土壤微生物有关，在互花米草集中连片区土壤质地为黏土质，生物活动丰富，机械治理能够显著改善土壤透性，为微生物活动创造有利条件，从而加速互花米草残体的分解过程，这一过程中产生的有机酸含量增多，进而导致了土壤pH的下降。然而在机械治理后缺乏持续的维护，土壤可能逐渐回归自然状态，微生物活动减弱，有机酸生成减少，最终促使土壤pH回升;光滩土壤pH在治理前后均无明显变化。

4" 结论

在机械治理互花米草对土壤理化性质的研究中，分析了机械治理方式下互花米草集中连片分布区的土壤理化性质变化，在实施机械治理后，0～60 cm土层深度的土壤有机质、全氮及全磷含量均呈现出显著的增加趋势，表明该治理方式有效促进了土壤有机质的积累，对40～60 cm土层土壤有机质含量的影响最为显著;光滩部分在治理前后其有机质、全氮及全磷的含量均未发生显著变化，机械治理对光滩土壤理化性质不会产生影响;土壤盐度在治理初期出现了显著差异，但随后盐度又逐渐回归到治理前的状态，说明机械治理对土壤盐度的影响并不持久;土壤的pH无论是在治理前还是治理后，均未观察到显著变化，表明机械治理方式对土壤pH的直接影响较小。

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基金项目：福建省高校产学合作项目（2021Y4013）

第一作者简介：杨睿（1999-），男，硕士研究生。研究方向为渔业资源养护与利用。

*通信作者：李元跃（1968-），男，博士，教授。研究方向为海洋生态学。