摘要
互花米草（Spartinaalterniflora）是一种多年生盐沼草，最早种植于北美洲东海岸及墨西哥湾盐沼地区。自20世纪70年代引入中国沿海滩涂以来，因其极强的入侵能力对本土物种丰富度和滨海湿地生态系统产生严重威胁，并导致滨海湿地的退化。近年来，国内沿海地区相继开展了互花米草的防治工作。作为环境友好型互花米草治理措施，物理防治法（包括刈割（M）、“刈割+淹水”（MF）和“刈割+翻耕”（MP）等处理）对互花米草有较好的治理效果，在滨海湿地互花米草的治理中得到广泛应用。物理防治过程中不可避免的会对滨海湿地环境产生扰动，这可能对滨海湿地水-土壤界面生源要素迁移和转化以及土壤细菌群落结构产生影响，然而当前对此仍缺乏系统深入的研究。作为一种优质的生物质资源，互花米草具有较高的光合作用效率和生长速率，较高的种群密度及生产力，群落生物量大。互花米草的资源化利用如制备功能化生物质炭修复退化滨海湿地，可降低其防治成本，有助于推动互花米草防控与管理的可持续进行，并维持滨海湿地生物多样性和恢复滨海湿地生态功能。本研究通过构建潮汐循环模拟装置，研究了不同互花米草物理防治处理（M、MF和MP处理）对滨海湿地土壤生源要素在水-土壤界面的迁移转化机制，并从微生物学角度揭示滨海湿地治理对于土壤细菌群落的影响；同时利用治理废弃物制备互花米草基磷镁改性生物质炭（BC）对滨海湿地土壤进行改良，考察改性BC添加对滨海湿地土壤改良及本土植物碱蓬（Suaedasalsa）群落修复的影响，并揭示其作用机制。具体研究结论如下： （1）相较于M处理，MF和MP处理在实验期间完全清除了互花米草且无再生，然而互花米草治理过程中的淹水、翻耕和互花米草死亡会改变土壤微环境，引起土壤中有机质（SOM）、溶解性有机碳（DOC）、氨氮（NH4+-N）、总氮（TN）、总磷（TP）及盐度的变化。土壤微环境的改变增加了滨海湿地土壤内源养分的释放，其中MF处理导致了NH4+-N和TP的释放量分别上升了37.3%和10.1%，DOC的平均浓度上升了52.5%；MP处理导致了NH4+-N、硝态氮（NO3--N）和亚硝态氮（NO2--N）的释放量分别上升了13.7%、19.6%和66.7%，DOC的平均浓度上升了36.8%。水质结果和溶解性有机物（DOM）的PARAFAC分析证实，内源养分的释放及其成分可能会增加近海水体富营养化的风险。 （2）三种互花米草物理防治处理改变了土壤微环境，进而对细菌群落的结构和组成产生了影响。Mantel检验分析和结构方程模型分析表明，MF和MP处理引起的生源要素变化及其直接影响显著改变了土壤中的细菌群落结构。其中，MF处理组中持续的淹水和较高的盐度通过营造空间异质性较差的土壤微环境对细菌群落结构产生负面影响，而MP处理组中互花米草的分解和翻耕处理通过充足的养分供应和适宜环境显著增加了细菌群落的丰富度和多样性。细菌群落共现网络的结果表明，相较于MF处理组，MP处理组土壤中的细菌活动和相互作用更加活跃和密集。 （3）利用互花米草废弃秸秆成功制备了磷镁改性BC材料（PA-Mg-BC和DAP-Mg-BC），并证明了其是具有潜力的滨海湿地土壤改良剂。XPS、FTIR和XRD结果表明磷镁改性BC可能形成了稳定且具有低溶解度的Mg-P络合物（Mg2P2O7）。磷的缓释动力学拟合结果进一步证明了改性BC延缓了磷的快速释放，且MgO的添加提高了改性BC释磷期间对于竞争性阴离子SO42-和CO32-的耐受能力。此外，与未改性BC相比，两种改性BC材料的产率更高，且其C/N和C/H原子比均大于未改性BC，说明添加磷源和MgO前处理可提高改性BC材料的极性并降低芳香性。 （4）盆栽实验表明，合理施用PA-Mg-BC和DAP-Mg-BC明显改善了滨海湿地土壤质量，土壤中有机碳（SOC）、DOC、TN、TP和速效磷（AP）的含量和β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）活性显著提高（plt;0.05），DOM组分明显增多，而土壤pH和盐度不同程度降低。此外，改性BC材料添加处理在一定程度上改善了土壤微环境，为细菌生长提供有利条件，增加了细菌群落的多样性。RDA分析表明，改性BC材料添加土壤中SOC、TN、AK、DOC、TP、AP和β-glucosidase与盐度之间存在负相关关系，证实了本实验制备的PA-Mg-BC和DAP-Mg-BC缓解了环境胁迫，对土壤细菌有益。土壤中的Bacillus、Thalassobacillus、Marinobacter和Salinimicrobium在抵御外界环境胁迫、影响碳/氮循环过程中发挥着重要的作用，而添加改性BC材料后，土壤中上述细菌产生了一定的增长，说明土壤细菌群落组成发生了良性的变化。在提高土壤质量、改善土壤环境的同时，改性BC材料还有助于增强碱蓬对养分的吸收，从而促进其生长，在未来的植被恢复工作中有巨大的应用潜力。 本研究的开展可为滨海湿地科学防控互花米草提供科学依据，也为实现滨海湿地生态恢复及互花米草的资源化利用提供了一种可行的方法。
NETL