Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Quá trình phân loại và giữ lại phốt pho trong trầm tích bị ảnh hưởng bởi thời gian xâm lấn của Spartina alterniflora trong một vùng đất ngập nước ven biển cận nhiệt đới của Trung Quốc
Tóm tắt
Trong các hệ sinh thái đất ngập nước ven biển, hầu hết phốt pho (P) tích lũy trong trầm tích và trở thành chất ô nhiễm chính gây ra hiện tượng phú dưỡng do tái chế về cột nước ở các vùng cửa sông, đặc biệt là xâm lấn của các loài thực vật ngoại lai sẽ làm thay đổi chu trình dinh dưỡng. Trong nghiên cứu này, một vùng đất ngập nước lớn đã bị xâm lấn bởi loài ngoại lai Spartina alterniflora trong hơn 15 năm đã được lựa chọn để nghiên cứu phân loại P trong trầm tích và khả năng giữ lại của nó cho các khoảng thời gian xâm lấn thực vật khác nhau. Các mẫu được thu thập từ hướng đông sang tây vào tháng 9 và P trong trầm tích được phân loại thành phốt pho tổng (TP), phốt pho vô cơ (IP), phốt pho liên kết với sắt/alumin (Fe/Al-P), phốt pho liên kết với canxi (Ca-P), và phốt pho hữu cơ (OP). Ngoài ra, tác động của khoảng thời gian xâm lấn đến phân loại P trong đất ngập nước dựa trên nguyên tắc tương tác không gian-thời gian cũng được điều tra. Đối với các khoảng thời gian xâm lấn khác nhau của S. alterniflora, nồng độ TP trung bình là 675,37 mg kg−1 với khoảng từ 160,33–1071 mg kg−1. Nồng độ IP nằm trong khoảng 107,33–813,33 mg kg−1 (chiếm 54,4–79,5% của TP), trong đó Fe/Al-P và Ca-P chiếm tới 99,4%. Ngoài ra, khả năng giữ lại P (RP) nằm trong khoảng 41,67–329,67 mg kg−1. Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng TP, IP, Fe/Al-P, Ca-P, OP và RP trong trầm tích có mối tương quan âm với pH (p < 0,05), và cũng có mối tương quan dương đáng kể (p < 0,01) với hàm lượng nước và độ dẫn điện. Có mối tương quan dương giữa các dạng khác nhau của P trong trầm tích (p < 0,01). Tuy nhiên, phát hiện quan trọng nhất là thời gian xâm lấn của S. alterniflora có tác động trực tiếp đến phân loại P và ba giai đoạn đã được xác định. Trong giai đoạn đầu tiên, S. alterniflora chủ yếu tiêu thụ OP của trầm tích. Trong giai đoạn thứ hai, S. alterniflora thể hiện sức sống mạnh mẽ và sự cố định sinh học dẫn đến việc chuyển đổi IP thành OP. Trong giai đoạn thứ ba, tất cả các phân tử P đã giảm mạnh đến giá trị thậm chí thấp hơn so với bãi biển trống, điều này cho thấy rằng sự phát triển của S. alterniflora đã bắt đầu suy thoái. Ba giai đoạn này đã giải thích tốt hiện tượng tăng và giảm có vẻ mâu thuẫn của P được ghi nhận trong các nghiên cứu trước đây và cung cấp thông tin quan trọng để hiểu tác động của sự xâm lấn của S. alterniflora.
Từ khóa
#phốt pho #Spartina alterniflora #đất ngập nước ven biển #xâm lấn thực vật #chu trình dinh dưỡngTài liệu tham khảo
Abrams MM, Jarrell WM (1995) Soil phosphorus as a potential nonpoint source for elevated stream phosphorus levels. J Environ Qual 24:132–138
Andrieux F, Aminot A (1997) A two-year survey of phosphorus speciation in the sediments of the bay of seine (France). Cont Shelf Res 17:1229–1245
Bai J, Wang Q, Deng W, Gao H, Tao W, Xiao R (2012) Spatial and seasonal distribution of nitrogen in marsh soils of a typical floodplain wetland in northeast china. Environ Monit Assess 184:1253–1263
Chen H, Li Y, Li B, Chen J, Wu J (2005) Impacts of exotic plant invasions on soil biodiversity and ecosystem processes. Chinese Biodiversity 13:555–565 (in Chinese)
Coelho JP, Flindt MR, Jensen HS, Lillebø AI, Pardal MA (2004) Phosphorus speciation and availability in intertidal sediments of a temperate estuary: relation to eutrophication and annual p-fluxes. Estuar Coast Shelf Sci 61:583–590
Ehrenfeld JG (2004) Implications of invasive species for belowground community and nutrient processes. Weed Technol 18:1232–1235
Elgersma KJ, Ehrenfeld JG, Yu S, Vor T (2011) Legacy effects overwhelm the short-term effects of exotic plant invasion and restoration on soil microbial community structure, enzyme activities, and nitrogen cycling. Oecologia 167:733–745
Flower H, Rains M, Lewis D, Zhang JZ, Price R (2016) Saltwater intrusion as potential driver of phosphorus release from limestone bedrock in a coastal aquifer. Estuar Coast Shelf Sci 184:166–176
HJ/T 166–2004 (2004) The technical specification for soil environmental monitoring. Standard Press of China, Beijing (in Chinese)
Hou L, Lu J, Liu M (2006) Species and bioavailability of phosphorus in surface sediments from the shoals in the Yangtze estuary. Acta Sci Circumst 26:488–494 (in Chinese)
Hu M, Zou F, Tong C, Zhang W, Gao D (2014) Fractions and spatial distribution of phosphorus in sediments of the Cyperus malaccensis marshes in the Min river estuary. Acta Sci Circumst 34:2815–2822 (in Chinese)
Jilbert T, Slomp CP (2013) Iron and manganese shuttles control the formation of authigenic phosphorus minerals in the euxinic basins of the Baltic Sea. Geochim Cosmochim Acta 107:155–169
Jin B, Gao D, Yang P, Wang W, Zeng C (2016) Change of soil organic carbon with different years of Spartina alterniflora invasion in wetlands of Minjiang river estuary. Journal of Natural Resources 31:608–619 (in Chinese)
Jordan TE, Correll DL (1991) Continuous automated sampling of tidal exchanges of nutrients by brackish marshes. Estuar Coast Shelf Sci 32:527–545
King GM, Klug MJ, Wiegert RG, Chalmers AG (1982) Relation of soil water movement and sulfide concentration to Spartina alterniflora production in a Georgia salt marsh. Science 218:61–63
Kraal P, Slomp CP, Reed DC, Reichart GJ, Poulton SW (2012) Sedimentary phosphorus and iron cycling in and below the oxygen minimum zone of the northern Arabian Sea. Biogeosciences 9:2603–2624
Laakso J, Uusitalo R, Yli-Halla M (2016) Phosphorus speciation in agricultural catchment soils and in fresh and dried sediments of five constructed wetlands. Geoderma 271:18–26
Lambers H, Raven JA, Shaver GR, Smith SE (2008) Plant nutrient-acquisition strategies change with soil age. Trends Ecol Evol 23:95–103
Li J, Zhang Q, Zhang L, Tong C (2016) Effect of Spartina alterniflora invasion sequence on soil carbon and nitrogen distribution in a Cyperus malaccensis marsh of the Min River estuary in spring. Acta Ecol Sin, 3628–3638 (in Chinese).
Liang W, Shao X, Wu M, Li W, Ye X, Jiang K (2012) Phosphorus fraction in the sediments from different vegetation type in Hangzhou bay coastal wetlands. Acta Ecol Sin 32:5025–5033 (in Chinese)
Liao C, Luo Y, Jiang L, Zhou X, Wu X, Fang C, Chen J, Li B (2007) Invasion of Spartina alterniflora enhanced ecosystem carbon and nitrogen stocks in the Yangtze estuary, China. Ecosystems 10:1351–1361
Lopez-Hernandez D, Lavelle P, Fardeau JC, Niño M (1993) Phosphorus transformations in two p-sorption contrasting tropical soils during transit through Pontoscolex corethrurus, (glossoscolecidae: oligochaeta). Soil Biol Biochem 25:789–792
Osborne TZ, Reddy KR, Ellis LR, Aumen NG, Surratt DD, Zimmerman MS (2014) Evidence of recent phosphorus enrichment in surface soils of Taylor Slough and northeast everglades national park. Wetlands 3:37–45
Pan Q, Luo Z, Yan C, Zhang D (2010) Phosphorus fractions and theirs correlation analysis in surface sediment of urban coastal wetland. Ecology & Environmental Sciences 19:2117–2122
Priest B (2011) Effects of elevation and nutrient availability on the primary production of Spartina alterniflora and the stability of southeastern coastal salt marshes relative to sea level rise. Dissertations & Theses - Gradworks.
Qin S, Liu J, Wang G, Wang J (2007) Seasonal changes of soil phosphorus fractions under Calamagrostis angustifolia wetlands in Sanjiang plain, China. Acta Ecol Sin:3844–3851 (in Chinese)
Ren H (2015) Emissions of methane and carbon dioxide at Cyperus malaccensis marsh with freshwater and brackish water in the Minjiang River estuary. Master Dissertation of Fujian Normal University: 24 (in Chinese).
Rhoades JD, Chanduvi F, Lesch S (1999) Soil salinity assessment: methods and interpretation of electrical conductivity measurements. FAO Irrigation & Drainage Paper 54:165
Ruban V, López-Sánchez JF, Pardo P, Rauret G, Muntau H, Quevauviller P (2001) Harmonized protocol and certified reference material for the determination of extractable contents of phosphorus in freshwater sediments—a synthesis of recent works. Anal Bioanal Chem 370:224–228
Samanta S, Debnath D, Maitra N, Banerjee M, Chowdhury AN, Sharma AP, Manna SK (2015) Sediment phosphorus forms and levels in two tropical floodplain wetlands. Aquat Ecosyst Health Manag 18:467–474
Slomp CP, Epping EHG, Helder W, Raaphorst WV (1996) A key role for iron-bound phosphorus in authigenic apatite formation in north Atlantic continental platform sediments. J Mar Res 54:1179–1205
Smith CJ, Delaune RD (1984) Effect of sediment moisture on carbon dioxide exchange in Spartina alterniflora. Plant Soil 79:291–293
Ternus RZ, Souza-Franco GMD, Anselmini MEK, Mocellin DJC, Magro JD (2011) Influence of urbanisation on water quality in the basin of the upper Uruguay River in western Santa Catarina, Brazil Influência da urbanização sobre a qualidade da água na bacia do alto Rio Uruguai no oeste de Santa Catarina, Brasi. Acta Limnologica Brasiliensia 23:189–199
Thomas MB, Reid AM (2007) Are exotic natural enemies an effective way of controlling invasive plants? Trends Ecol Evol 22:447–453
Tong C, Jia R, Wang W, Zeng C (2010) Spatial variations of carbon, nitrogen and phosphorous in tidal salt marsh soils of the Minjiang river estuary. Geogr Res 29:1203–1213 (in Chinese)
Vilar CC, Costa ACSD, Hoepers A, Souza Junior IGD (2010) Maximum phosphorus adsorption capacity as related to iron and aluminum forms in subtropical soils. Revista Brasileira De Ciência Do Solo 34:1059–1068
Wang N, Mitsch WJ (1998) Estimating phosphorus retention of existing and restored coastal wetlands in a tributary watershed of the Laurentian great lakes in Michigan, USA. Wetl Ecol Manag 6:69–82
Wang P, He M, Lin C, Men B, Liu R, Quan X, Yang Z (2009) Phosphorus distribution in the estuarine sediments of the Daliao river, China. Estuar Coast Shelf Sci 84:246–252
Wang H, Li Y, Zhang W, Wang L, Fu X, Le Y (2010) Distribution characteristics and environmental effect of wetland soil nutrients in Chongming Dongtan. Environ Sci Technol 33:1–5 (in Chinese)
Wang L, Mei Y, Qusheng LI, Hang Z, Zhou Y (2013) Phosphorus speciation in wetland sediments of Zhujiang (Pearl) river estuary, China. Chin Geogr Sci 23:574–583 (in Chinese)
Xiao R, Bai J, Gao H, Huang L, Deng W (2012) Spatial distribution of phosphorus in marsh soils of a typical land/inland water ecotone along a hydrological gradient. Catena 98:96–103
Xie R, Pang Y, Luo B, Li J, Wu C, Zheng Y, Sun Q, Zhang P, Wang F (2017) Spatiotemporal variability in salinity and hydraulic relationship with salt intrusion in the tidal reaches of the Minjiang River, Fujian province, China. Environ Sci Pollut Res 24:11847–11,855
Yang W, Yan Y, Jiang F, Leng X, Cheng X, An S (2016) Response of the soil microbial community composition and biomass to a short-term Spartina alterniflora, invasion in a coastal wetland of eastern China. Plant Soil:1–14
Yang W, Qiao Y, Li N, Zhao H, Yang R, Leng X, Cheng X, An S (2017a) Seawall construction alters soil carbon and nitrogen dynamics and soil microbial biomass in an invasive Spartina alterniflora, salt marsh in Eastern China. Appl Soil Ecol 110:1–11
Yang W, Zhao H, Leng X, Cheng X, An S (2017b) Soil organic carbon and nitrogen dynamics following Spartina alterniflora, invasion in a coastal wetland of eastern china. Catena 156:281–289
Zhai J, Zeng C, Tong C, Wang W, Liao J (2010) Organic and inorganic phosphorus in sediments of the Min river estuarine wetlands: contents and profile distribution. Journal of Subtropical Resources and Environment:9–14 (in Chinese)
Zhang X, Shi S, Pan G, Li L, Zhang X, Li Z (2008) Changes in eco-chemical properties of a mangrove wetland under Spartina invasion from Zhangjiangkou, Fujian, China. Adv Earth Science 23:974–981 (in Chinese)
Zhang Y, Ding W, Luo J, Andrea D (2010) Changes in soil organic carbon dynamics in an eastern Chinese coastal wetland following invasion by a c4 plant Spartina alterniflora. Soil Biol Biochem 42:1712–1720
Zhang W, Zeng C, Tong C, Zhang Z, Huang J (2011) Analysis of the expanding process of the Spartina alterniflora salt marsh in Shanyutan wetland, Minjiang river estuary by remote sensing. Procedia Environ Sci 10:2472–2477
Zhang W, Zeng C, Tong C, Lin W, Chen X (2014) Comparison of characteristics of phosphorus speciation in soils of Phragmites australis and Cyperus malaccensis marshes in min river estuary. Wetland Science 12:683–689 (in Chinese)
Zhang W, Zeng C, Tong C, Zhai S, Lin X, Gao D (2015) Spatial distribution of phosphorus speciation in marsh sediments along a hydrologic gradient in a subtropical estuarine wetland, China. Estuar Coast Shelf Sci 154:30–38
Zhang Y, He F, Kong L, Liu B, Zhou Q, Wu Z (2016) Release characteristics of sediment p in all fractions of Donghu lake, Wuhan, China. Desalin Water Treat 57:1–9
Zhi Y, Li H, An S, Lei Z, Zhou C, Deng Z (2007) Inter-specific competition: Spartina alterniflora is replacing Spartina anglica in coastal China. Estuar Coast Shelf Sci 74:437–448
Zhou A, Tang H, Wang D (2005) Phosphorus adsorption on natural sediments: modeling and effects of pH and sediment composition. Water Res 39:1245–1254
Zhou H, Liu J, Zhou J, Qin P (2008) Effect of an alien species Spartina alterniflora loisel on biogeochemical processes of intertidal ecosystem in the Jiangsu coastal region, China. Pedosphere 18:77–85
Zuo P, Zhao S, Liu C, Wang C, Liang Y (2012) Distribution of Spartina, spp. along China’s coast. Ecol Eng 40:160–166