黄河下游湿地退化对植物群落特征及地上生物量的影响机制：土壤养分有效性的主导作用

《Frontiers in Plant Science》：Effect of wetland degradation on plant community characteristic and aboveground biomass in the lower reaches of the Yellow River

本文通过黄河下游湿地退化梯度研究，揭示了土壤养分有效性（如TC、TN、AP）而非水分条件是驱动植物群落地上生物量（AGB）下降的关键环境因子。群落结构特征（覆盖度、密度、高度）显著介导了退化过程中AGB的变化，而物种多样性未呈现显著影响。该研究为退化湿地生态系统的恢复策略提供了关键科学依据。

　　

1 引言

湿地作为地球关键生态系统，在维持生物多样性和碳汇功能中具有重要作用，但受人类活动与气候变化影响正面临严重退化。明确湿地植物群落对生境退化的响应规律及驱动机制，对湿地保护与修复至关重要。目前关于植物群落生物量对退化响应的驱动因素仍不明确。黄河下游河滨湿地因人类活动显著退化，为研究退化梯度下植物群落适应机制提供了理想平台。本研究通过沿退化梯度（轻度、中度、重度）设置样地，探究植物群落特征（物种组成、多样性、覆盖度、生物量）与土壤理化性质（水分、pH、养分等）的关联，旨在解析地上生物量变化的主导驱动因素。

2 材料与方法

研究区位于黄河下游花园口至夹河滩段（34.89°–34.92° N, 113.64°–114.70° E），属温带季风气候。根据植被覆盖度与土壤水分条件划分退化等级，在2023年8月于9个样点设置样方，调查植物群落特征（高度、密度、覆盖度、物种丰富度、Shannon-Wiener指数）并采集地上生物量与土壤样品。土壤指标包括水分（SWC）、pH、电导率（EC）、容重（BD）、总碳（TC）、总氮（TN）、无机氮（IN）、总磷（TP）和有效磷（AP）。通过方差分析、相关性分析、冗余分析（RDA）和结构方程模型（SEM）解析生物量与环境因子的关系。

3 结果

3.1 退化湿地中植物群落与土壤性质变化

随着退化加剧，地上生物量从轻度退化的635.05 g/m²降至重度的97.27 g/m²，群落覆盖度、密度和高度均显著降低，而物种丰富度（3–9 n/m²）和Shannon-Wiener指数（0.44–1.75）无显著变化。土壤养分（TC、TN、IN、AP）随退化下降，pH、EC和BD上升，SWC从轻度退化的35.60%降至重度的18.02%。

3.2 生物与非生物因子对地上生物量的影响

RDA显示植物群落参数（生物量、密度、覆盖度、高度）与土壤养分（TC、TN、AP）呈正相关，与pH、EC、BD负相关。相关性分析表明地上生物量与群落结构指标显著正相关，而与多样性指数无关。相对重要性分析指出植物密度是主要生物驱动因子，TC、AP、TN是关键土壤驱动因子。SEM揭示土壤养分通过调控群落覆盖度、密度和高度间接影响生物量。

4 讨论

4.1 湿地退化对地上生物量与群落特征的影响

生物量下降与多种退化湿地生态系统报道一致，但物种多样性未显著变化，可能因研究区物种丰富度低（均值5.8 n/m²）且优势种相似（芦苇、假苇拂子茅等），限制了生态位互补效应。群落密度、覆盖度和高度的降低表明植物通过自疏机制适应退化生境，而高度减小反映植物从 acquisitive（高比叶面积）向 conservative（高叶片干物质含量）策略转变，共同导致生物量减少。

4.2 退化梯度上地上生物量的环境驱动机制

尽管土壤水分是河滨湿地的关键限制因子，但本研究发现养分有效性（TC、TN、AP）对生物量的解释力更强。原因包括优势种（如芦苇）对水分波动耐受性强，且自2002年调水调沙工程后，水文过程减弱使养分补给不足成为主要限制。土壤养分通过影响个体生长与种群建立调控群落结构，进而介导生物量积累。未来研究需整合地下生物量与人类活动强度，以全面揭示退化机制。

5 结论

黄河下游湿地退化主要通过降低土壤养分有效性，驱动植物群落结构（覆盖度、密度、高度）简化，进而导致地上生物量减少，而物种多样性未起主导作用。研究强调了生物-非生物因子互作在湿地生态系统功能维持中的关键性，为退化湿地修复提供了理论依据。