三角洲湿地提供重要的生态功能,但已因农业开垦、水文改变和人类干扰而广泛退化(Chen et al., 2023; Costa et al., 2024)。因此,农田向湿地修复已成为恢复退化滨海和三角洲湿地的重要生态工程实践。然而,被动修复的成功不能仅通过湿地植被的重新出现来评估。修复生态系统可能在恢复某些结构属性的同时,在功能、组成或地下方面与自然参照系统仍存在差异(Liu et al., 2023b; Ascenzi et al., 2025; Moreno-Mateos et al., 2012)。因此,评估修复效果需要综合考量地上植被恢复和地下土壤恢复。
前农田的修复可能伴随土壤结构、水分条件、有机质积累和养分库的变化,而土壤质地也可能反映各样地之间预先存在的地质形态和沉积差异。土壤容重(BD)反映压实度和根系穿透阻力,土壤含水量(SMC)调节植物水分可利用性和湿地生境条件,土壤质地影响持水性、通气性和养分储存。同时,土壤有机质(SOM)和养分库为植物生长和群落发育提供资源基础。这些土壤性质的变化可能影响从耕作或早期演替群落向湿地植物群落的转变,而持续的土壤压实、水文改变或养分失衡可能延缓植被向自然湿地条件的收敛(Yu et al., 2021; Ferreira et al., 2024)。反之,植被恢复可通过枯落物输入、根系活动、土壤有机质积累和养分保留对土壤产生反馈。尽管存在这种相互关联,土壤和植被往往被分别评估,这使得难以判断可见的植被恢复是否反映了更广泛的生态系统恢复,以及哪些土壤性质与修复进程最密切相关(Wang et al., 2019; Yang et al., 2020; An et al., 2025)。
土壤—植物生态化学计量为评估在湿地修复过程中土壤养分模式和群落水平地上元素组成是否同步变化提供了额外的框架(Ball et al., 2021; Bian et al., 2022; Lin et al., 2023)。在修复湿地中,植物多样性或地上生物量的增加不一定对应群落水平地上元素组成的平行变化。由于群落水平样本整合了共生物种的贡献和地上器官,其碳、氮、磷浓度可能随物种更替、相对生物量贡献、器官组成、生物量积累和养分分配而变化。因此,这类测量表征的是群落实体水平的元素组成,而非单个物种的养分状态。类似地,随着土壤有机质、氮和磷库以不同速率变化,土壤碳氮磷比也可能发生偏移。在滨海盐碱湿地中,高pH值、盐度和水文波动可能进一步改变养分可利用性,导致土壤—植物化学计量轨迹不同步(Servais et al., 2019; Du et al., 2022)。因此,整合土壤和植物化学计量响应有助于揭示生态工程修复是产生了协调的生态系统恢复,还是仅实现了部分组分的恢复。
黄河三角洲是地球上最年轻、最动态的三角洲之一,其特征为新沉积物、盐碱土壤、强烈的陆海相互作用以及长期的湿地开垦和农业利用历史(Mao et al., 2016; Yu et al., 2024; Wang et al., 2024a)。该地区为评估沉积、水文和盐度约束下的被动农田向湿地修复提供了代表性的滨海三角洲系统。尽管以往在黄河三角洲的研究已探讨了修复过程中土壤质量、土壤化学计量或植物群落的变化,但大多数研究侧重于单个生态系统组分,而非跨修复阶段的整合土壤—植被和化学计量响应(Mo et al., 2020; Liu et al., 2023a; Cao et al., 2024)。因此,被动修复在促进整个生态系统恢复方面的有效性和局限性仍未得到充分理解。
本研究以耕作农田和自然湿地作为对比参照端点,沿黄河三角洲2—16年的被动农田向湿地修复时间序列评估了土壤—植被恢复状况。我们量化了土壤物理化学性质、土壤和植物碳氮磷化学计量、植物群落组成、beta多样性、alpha多样性、地上生物量以及土壤—植被关系。具体而言,我们提出以下问题:(1) 土壤物理化学性质和植物群落属性是否沿时间序列呈现方向性的修复相关模式;(2) 土壤和植物化学计量模式是否沿时间序列同步或不同步变化;(3) 植被恢复特征如何与多元土壤物理化学梯度协变;(4) 修复样地(特别是较晚修复阶段)在测量的土壤和植被属性上与采样的自然湿地参照地有多相似。我们假设较晚修复阶段将在多个土壤和植被属性上与早期修复样地存在差异,并与采样的自然湿地参照地更为相似,而土壤—植物养分和化学计量模式将保持不同步。通过整合土壤、植被和化学计量指标,本研究旨在为评估滨海三角洲湿地农田向湿地修复的生态工程效果提供更可靠的基础。