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生物入侵已成为当今世界重大的环境问题之一。互花米草(Spartinaalterniflora Loisel.)是一种原产美洲大西洋沿岸的多年生草本植物,因其促淤造陆和消浪护堤作用显著而被许多国家引种,如今却在侵入地快速蔓延,对生态系统造成了危害。近年来的研究发现互花米草的生长对硫酸盐有特殊的要求,并且互花米草是少数几种能够释放DMS等含硫温室气体的陆生植物,研究硫元素对于揭示互花米草成功入侵的机制和入侵后果有重要的意义。基于硫元素对互花米草的重要性,通过野外调查和采样及室内处理,运用稳定硫同位素示踪技术对互花米草硫来源进行了研究,结果表明:
在生长期的海岸带互花米草滩中,土壤沉积物是互花米草的最重要最稳定的硫源,而海水是个重要补充。在互花米草滩样地中,沉积物的贡献率(69.59%)显著大于而海水(30.41%);而在潮汐沟边互花米草滩样地中,沉积物的贡献率更是高达94.79%,远远大于海水的5.21%。
互花米草滩中,土层1~5及海水对硫贡献的范围依次为:0-76%,0-80%,0-72%,0-58%,0-60%与18-42%。沉积物1~3层贡献的范围略大约4~5层,贡献率在5层中基本呈现出一致的规律,低贡献率出现的频率较高,而高贡献率频率较低,海水的贡献率的高频度集中在30%左右;潮汐沟边互花米草滩中,贡献的范围土层1~5及海水依次为:0-74%,0-66%,0-82%,0-76%,0-62%与0-36%。各层沉积物贡献率的范围均较大,其中1~3层的规律与互花米草滩对应的层次相似,而4~5层则表现出一定程度的正态性,第5层在22%左右出现了一个高峰,显示潮汐沟边互花米草滩在较深的沉积物层次里还保持着对互花米草硫元素较高的贡献率。海水低贡献率出现高频与超高频,贡献率非常低。
互花米草δ34S从地下30cm到0cm呈现逐渐升高的趋势,并且随着硫元素在互花米草体内的运输和代谢,在进入茎和叶中继续富集34S。互花米草滩中,δ34S在根茎叶间的差异达到显著水平,呈现叶>茎>根,其中叶显著高于根,硫在植物体内运输和代谢过程中是逐步发生了硫同位素的分馏,在叶片中虽然含硫量并没有显著高于茎和根,但34S在叶片中发生了富集。而在潮汐沟边互花米草滩中,S的分馏主要发生在根与茎之间,也就是主要从地下向地上运输过程中发生了34S的富集效应。
沉积物地球化学特性、含硫量及δ34S特征值之间存在复杂的相关性,其中互花米草根δ34S与沉积物δ34S显著正相关,沉积物Fe2+浓度、沉积物含硫量与沉积物δ34S显著负相关,沉积物Fe2+浓度还与沉积物含硫量显著正相关,沉积物TOC也与沉积物含硫量显著正相关。部分沉积物地球化学特性、含硫量及δ34S特征值还存在显著的垂向分布,此外沉积物的地球化学性质还存在显著的季节变化和样地间的差异。
总之,互花米草主要吸收沉积物中的硫元素,通过代谢,合成自身的组成部分,通过枯败的残体掉落于沉积物,提高了沉积物硫库的储量,提高了互花米草的适应性且限制了其他土著种的生长和分布。硫成为了互花米草入侵成功的一个秘密化学武器。