內(nèi)陸鹽沼濕地土壤碳氮磷剖面分布的季節(jié)動態(tài)特征.docx

1、J.LakeSci.(湖泊科學)，2007,19(5)：599-603.E-mail：jlakes©2007byJournalofLakeSciences內(nèi)陸鹽沼濕地土壤碳氮磷剖面分布的季節(jié)動態(tài)特征國家重點基礎研究發(fā)展計劃“973”項目(2006CB403301)和國家科技支撐計劃項目(2006BAB04A08)聯(lián)合資助.2006-09-04收稿;2006-12-21收修改稿.白軍紅，男，1976年生，博士，副教授;E-mail：junhongbai.白軍紅'，鄧偉2,王慶改3,丁秋祎，(1：北京師范大學環(huán)境學院，水環(huán)境模擬國家重點實驗

2、室，北京100875)(2：水利部、中國科學院成都山地災害與環(huán)境研究所，成都610041)(3：國家環(huán)境保護總局環(huán)境工程評估中心，北京100012)摘要:本文以向海濕地為例探討了內(nèi)陸鹽沼濕地土壤剖面中碳氮磷等生源要素的季節(jié)動態(tài)變化特征及其影響因素.結(jié)果表明，內(nèi)陸鹽沼濕地土嚷中有機碳、全氮和全磷含量與土壤深度之間存在顯著負相關(guān)，在剖面中均表現(xiàn)為由表層向下層其含最不斷減少的趨勢,且具有明顯的季節(jié)波動特征，除表層土壤碳氮含量隨季節(jié)變化呈持續(xù)增加外，生源要素剖面分布的季節(jié)變化基本表現(xiàn)為先減少后增加的趨勢.有機碳、全氮和全磷含量之間關(guān)系密切，旦三者受土壤粒度的影響都非常顯著.土壤pH值僅與土壤有機碳之間

3、存在顯著的相關(guān)關(guān)系，而對全氮和全磷含量的影響則不顯著.關(guān)鍵詞：內(nèi)陸鹽沼濕地;土壤剖面;生源要素；季節(jié)動態(tài);影響因素；向海Seasonaldynamicsofcarbon,nitrogenandphosphorousinsoilprofilesfromaninlandsaltmarshBAIJunhong',DENGWei2,WANGQinggai3&DINGQiuyi1(1:StateKeyLabofWaterEnvir.Simulation9SchoolofEnvironment9BeijingNormalUniversity,Beijing1()0875,PR.China)

4、(2：InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,P.R.China)(3：AppraisalCenterofEnvir.andEngineeringStaleEnvir.ProtectionAdministration,Beijing100012,戶.R.China)Abstract:WetlandsarewidelydistributedinthenortheastofChina,servingassource,sinkortransferofmostchemicalmatt

5、er.Owingtoworsenaturalenvironmentsuchasdrought,watershortageandintensehumanactivities,inlandsaltmarsheswereextensivelydevelopedinthewestSonghuajiang-Nenjiangplainwithhighecologicalfrangi-bility,inwhichXianghaiwetlandisonetypicalinlandsaltmarshlocateddownstreamofHuolinriverbasin,JilinProvinceofChina.

6、SoilsampleswerecollectedinXianghaiwetlandduringfourmonths(May,July,SeptemberandOctober)in2001.Thecontentsofsoilorganiccarbon(SOC),totalnitrogen(TN),totalphosphorous(TP),soilpHandsoilparticlesizesweremeasuredinwetlandsoilsinordertostudyinfluencingfactorsandseasonaldynamicsofthelifeelementsinsoilprofi

7、lesfrominlandsaltmarsh.CorrelationanalysiswascarriedouttoshowtherelationshipsbetweenSOC,TN,TP,soilpH,clay,siltandsand.ResultsshowedthatSOC,TNandTPcontentsweresignificantlynegativelycorrelatedwithdepth,anddecreasedfromsurfacesoilsdowntobottomsoillayersinfourmonths；theobviousseasonaldynamicsofSOC,TNan

8、dTPcontentsinsoilprofileswerealsoobservedandtheseasonaldynamicsoflifeelementsinsoilprofilesgenerallyshowedtheconsistentchangingtrendsof"increasingafterdecreasing”withtheexceptionofcontinuousincreaseofSOCandTNcontentsinsurfacesoils,ThereweresignificantlynegativecorrelationsbetweenSOC,TNandTP,whi

9、chweregreatlyinfluencedbysoilclay,siltandsandcontents；soilpHwassignificantlynegativelycorrelatedwithSOCcontent,butweaklyinfluencedTNandTPcontents.Sincesoilnutrientcontentsareimportantdeterminingfactorsofsoilfertility,changesofwhichgreatlyinfluenceproductivityofwetlandecosystem,whichcanprovidescienti

10、ficbasisforfurtherstudiesofevolvementofsoil600J.LakeSet.(湖泊科學)，2(X)7,19(5)quality,ecologicalrestorationandsustainablemanagementofwetlandsinthisregion.Keywords:Inlandsaltmarsh；soilprofiles；lifeelements;seasonaldynamics;influencingfactors；XianghaiWetland在陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤是碳、氮、磷等生源要素的主要蓄積庫之一，在全球碳循環(huán)、氮循環(huán)和磷循環(huán)中發(fā)揮著

11、重要作用.濕地作為地球表層的一個界面，是巖石圈、生物圈、水圈、大氣圈和人類圈相互聯(lián)系的重要紐帶和多種運動形態(tài)物質(zhì)體系的交匯場所，承擔著碳氮磷的源、匯或轉(zhuǎn)化器的功能土壤有機碳是氣候變化的一種敏感指示物，它能夠用來指示濕地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應；而氮磷則是濕地營養(yǎng)水平指示物,在自然條件下，生物地球化學過程達到一種穩(wěn)定狀態(tài)，伴隨著沉積物中養(yǎng)分的再循環(huán)以滿足濕地植物群落的需要.目前對濕地土壤中碳氮磷的時空分布特征已有不少研究PT】，許多研究也已表明沼澤濕地土壤生源要素含量在垂苴分布上具有高度的空間異質(zhì)性，且濕地不同土壤發(fā)生層的養(yǎng)分含量動態(tài)變化顯著，但上述研究大多停留在某一時期養(yǎng)分的空間分布格局口方】

12、和對不同土壤發(fā)生層養(yǎng)分的季節(jié)動態(tài)變化研究上，旦主要集中在淡水濕地6-9】和濱海鹽沼濕地U。-"】，而對內(nèi)陸鹽沼濕地生源要素剖面分布的季節(jié)動態(tài)變化研究鮮有報道.松嫩平原西部是我國內(nèi)陸鹽沼濕地的集中分布區(qū)，是候鳥遷飛的重要驛站，但該區(qū)生態(tài)脆弱性強,鹽堿化和沙化嚴重，導致濕地生產(chǎn)力不斷下降，生物多樣性減少，呈現(xiàn)出嚴重退化的趨勢.而濕地土壤養(yǎng)分含量決定土壤肥力的重要因素，其動態(tài)變化顯著影響著濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力.因此，研究鹽堿濕地土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化規(guī)律,可為定量評價該區(qū)濕地土壤質(zhì)量演變階段、方向以及尋求其主導影響因子研究提供科學支撐;并可通過人為調(diào)控關(guān)鍵影響因子，不斷改善土壤的營養(yǎng)狀況，實現(xiàn)

13、提高濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力和維持生物多樣性的目的，進而為該區(qū)退化濕地的生態(tài)恢復以及濕地的可持續(xù)性管理和保護提供理論指導和借鑒.1材料與方法1.1研究區(qū)概況向海濕地位于吉林省通榆縣西部的向海自然保護區(qū)內(nèi)，屬于典型內(nèi)陸鹽沼濕地(土壤pH值8.3),被列為國際重要濕地,擁有濕地面積36100hm包括水域面12500hm2和蘆葦沼澤面積23600hm2(,2.該區(qū)處于北溫帶大陸性季風氣候區(qū)半干旱草原地帶，年平均氣溫5.1;年平均降水量408.2mm,多集中在7、8月份;年平均蒸發(fā)量1945mm,約為降水量的5倍；區(qū)內(nèi)河流主要有霍林河、額穆泰河及洗兒河引水工程等季節(jié)性河流，有向海水庫、興隆水庫、尖底

14、泡、付老文泡等水庫及自然泡沼2。多處.研究區(qū)土壤類型為沼澤土，植被以蘆葦群落為主.L2樣品的采集和測定2(X)1年分另IJ在5、7、9、1()月份采集典型樣地土壤剖面樣品.每個月份重復采集6個土壤剖面，剖面深度為100cm,按每10cm為一層共分10個層次進行采集，所有土樣帶回實驗室后自然風干，撿去石塊、殘根等雜物，用球磨機磨碎，過1(X)目篩，裝袋備用待測.四個月份所采集的土壤樣品總計24()個.有機碳采用重銘酸鉀容量法測定；全氮采用凱氏定氮法測定；全磷采用鑰鎊抗比色法測定；pH值(土:水-1：5)采用電位法測定;土壤粒度采用粒度分析儀測定.1.3統(tǒng)計分析對不同月份土壤剖面中碳、氮、磷含量測

15、定值進行方差分析(ANOVA)來檢驗它們之間的差異顯著性;采用Pearson相關(guān)系數(shù)來分析土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù).運用0rigin6.0、SPSS10.0軟件包和Excel2000對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析及繪圖.2結(jié)果與討論土壤有機碳含量剖面分布的季節(jié)動態(tài)變化各月份土壤有機碳的剖面分布特征一致，均呈現(xiàn)由表層向下不斷減少的總趨勢(圖la)；30-40cm土層以上各土層有機碳含量差異顯著，但以下各土層有機碳含量相近，不存在顯著差異(P<0.01)；±壤剖面中有機碳含量具有明顯的季節(jié)動態(tài)變化特征，除表層土壤有機破含量隨時間變化持續(xù)增長外.其它各層土601白軍紅等：內(nèi)陸鹽沼濕地土壤碳氮磷

16、剖面分布的季節(jié)動態(tài)特征(a)S0C(%)0123012vTII11I0-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-8080-90(b)TN(mg/kg)(b)TN(mg/kg)90-100(<)TP(mg/kg)01010-2020-303O4()40-5050-6060-7070-8080-9()90-100圖1內(nèi)陸鹽沼濕地土壤有機碳（a）、全氮（b）、全磷（C）剖面分布季節(jié)動態(tài)變化Fig.1Seasonaldynamicsoforganiccarboncontents（a）,totalnitrogencontents（b）andtotalphosphoro

17、uscontentsc）insoilprofilesfrominlandsaltmarsh壤大都表現(xiàn)為先減少后增加的動態(tài)變化趨勢.表層土壤有機碳含量呈現(xiàn)持續(xù)增長與表層積累的枯落物不斷分解和凋落物累積量隨植物生長節(jié)律變化呈指數(shù)增長口句密切相關(guān);其它土層在解凍期（5月份）的有機碳含量主要源于上一年份的累積,且凍融作用有助于有機碎屑的分解和碳礦化過程W;而7月份由于土壤溫度升高,土壤微生物活性增強，導致土壤有機質(zhì)分解加速，且碳消耗量增加；同時由于近年氣候干早,導致霍林河上游來水晝不足，下游濕地早化趨勢明顯，研究區(qū)內(nèi)基本無地表積水，在很大程度上抑制了表土層中可溶性有機碳的下滲.隨著蘆葦?shù)纳L，蘆葦根系

18、和根狀莖充分發(fā)育固定了更多的碳，植物根系分泌物和死根的不斷輸入使9月份亞土層有機碳含量增加10月份因氣溫下降,植物生長停滯，開始枯死，促進了有機碳的累積;近地表土層（40cm以上）有機碳含量增加趨勢明顯，以下土層的有機碳含量變化不大,這與蘆葦根系主要分布在40cm以上土層和死根輸入量的增加密切相關(guān).2.1 土壤全氮含量剖面分布的季節(jié)動態(tài)變化由圖lb可知,土壤全氮的剖面分布特征與有機碳相一致，除5月份在30-40cm土層出現(xiàn)大的累積峰外，基本呈現(xiàn)由表層向下不斷減少的趨勢，這支持白軍紅等所得碳氮消漲趨勢一致的研究結(jié)論;40-5。cm土層以上各土層全氮含量變化較大，以下各土層含量相近，差異不顯著(P

19、<0.05).這是由于氮素的垂直分布特征主要受制于土壤有機質(zhì)的分布.與有機碳相類似,土壤全氮含量剖面分布的季節(jié)動態(tài)變化特征也表現(xiàn)為除表層土壤呈現(xiàn)持續(xù)增加外，其它土層呈先減少后增加的變化趨勢.表層土壤全氮含最持續(xù)增加的原因與有機碳相同.其它土層5月份相對較高的氮素含量主要源于上一年份的累積，因該時期土壤處于解凍期，植物剛剛開始生長，對氮素的吸收或輸入量較少.7月份全氮含量下降是由于該時期植物生長旺盛,植物所需氮素較多;而且堿性土壤易導致氨揮發(fā)的氣態(tài)氮損失：，61;9月份植物成熟，對養(yǎng)分的需求量減少，土壤氮素開始累積，7;10月份由于氣溫下降，植物開始枯死,有機氮分解速度下降，養(yǎng)分發(fā)生累積.

20、蘆葦根系的影響是導致40-50cm以上土層全氮含量季節(jié)波動的一個重要因素，因植物主要通過根系來吸收和利用土壤中的有效態(tài)氮，旦死亡根系的輸入是增加根區(qū)土壤氮素含量的重要途徑之一.2.2 土壤全磷含量剖面分布的季節(jié)動態(tài)變化土壤磷素也是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一.自然土壤中的全磷含量主要源于成土母質(zhì)和動植物殘體歸還最盡管速效磷是能被植物直接吸收利用的主要形態(tài)，但土壤剖面中全磷含量的季節(jié)動態(tài)變化也在一定程度上反映了植物的吸收利用狀況.圖1c表明，與有機碳和全氮相類似，該區(qū)土壤全磷的剖面分布特征也表現(xiàn)為由表層向下不斷減少的趨勢;40-50cm以上各土層土壤全磷含量變化較大，以下各土層含量相近，差別不

21、顯著(P<0、05)；這與白軍紅等在研究莫莫格濕地土壤全磷的空間分布規(guī)律時所得結(jié)論一致.土壤全磷剖面分布的季節(jié)動態(tài)變化也表現(xiàn)為先減后增的明顯變化趨勢.5月份因土壤剛剛開始解凍,植物生長緩慢，對磷素的吸收利用較少,但進入7月份后植物生長旺盛，對磷的吸收利用大幅度增加,導致土壤全磷含量快速下降.9月份植物開始成熟,對磷素的需求量減少，開始發(fā)生累積或被土壤膠體固定;10月份因氣候變冷,植物逐漸枯死，植物地上養(yǎng)分轉(zhuǎn)移到地下，土壤中有機磷的分解速度下降，同時凋落物的累積也導致了土壤尤其是表層土壤磷素的增加.同樣,40-50cm以上各土層磷含量的顯著變化也與植物根系的分布密切相關(guān).2-4土壤中生源要

22、素、土層深度、土壤pH值及土壤粒度之間的相關(guān)關(guān)系土壤有機碳、全氮和全橫與土層深度呈極顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.01,表1),且三者之間在PvO.Ol水平上顯著正相關(guān).白軍紅等在流域尺度上研究沼澤濕地碳氮磷的空間分布特征時也發(fā)現(xiàn)三者之間存在顯著的相關(guān)性.土壤有機碳、全氮和全磷與粉粒和粘粒之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<OG1),與砂粒呈極顯著負相關(guān)(P<0.01),表明土壤顆粒越細，質(zhì)地越粘重，土壤碳氮磷的含量越高，這是由于粘粒的含量直接影響土壤的通氣性，從而影響微生物的活動所致土壤pH值與有機碳在尸<0.05水平上顯著負相關(guān)，這與白軍紅等的研究結(jié)論一致，但與土壤全氮和全磷含

23、量之間的相關(guān)關(guān)系則未達到顯著性水平；表明高pH值可降低土壤的儲碳能力，而對土壤儲巍和儲磷能力的影響則不顯著.表1土壤生源要素與土壤深度、pH值及土壤粒度之間的相關(guān)系數(shù)矩陣DTab.1Matrixofcorrelationcoefficientsbetweenlifeelements,soildepth,pHandparticlesizes深度(cm)有機碳(%)全氮(mg/kg)全磷(mg/kg)pH值砂粒(%)粉粒(%)粘粒(%)有機碳(%)-0.672“1.000全氮(mg/kg)-0.660“0.764”1.000全磷(mg/kg)_0.563“0.752"0.797"

24、;l.O(X)pH值0.209-0.320*-0.276-0.2611.000砂粒()0.262-0.623“-0.622"_0.652“0.2461.000粉粒(%)-0.1120.505"0.498"0.571"-0.224_0.975“1.000粘粒()-0.430，0.727"0.733"0.706"-0.256-0.961"0.874.1.0001)樣品數(shù)n=40；-顯著性水平Pv0.01,顯著性水平P<0.05.白軍紅等：內(nèi)陸鹽沼濕地土壤碳氮磷剖面分布的季節(jié)動態(tài)特征6033參考文獻1陳泮勤，孫成權(quán)

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26、asus.MoscowUniversitySoilScienceBulletin,2003,58(2):9-15.5ClairTA,ArpP,MooreTRelal.Gaseouscarbondioxideandmethane,aswellasdissolvedorganiccarbonlossesfromasmalltemperatewetlandunderachangingclimate.Environment。/Pollution,2002,116：S143-S148.6 張金波，宋長春,楊文燕.小葉章濕地表土水溶性有機碳季節(jié)動態(tài)變化及影響因素分析.環(huán)境科學學報,2005,25(10):1397-1402.7 白軍紅，鄧偉，張玉霞.莫莫格濕地土壤氮磷空間分布規(guī)律研究.水土保持學報，2001,15(4)：79-81.8 楊永興，王世巖，何太蓉等.三江平原濕地生態(tài)系統(tǒng)P、K分布特征及季節(jié)動態(tài)研究.應用生態(tài)學報，2001,12(4):522-526.9：BaiJ,OuyangH,DengWeta