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文檔簡介

1、云南地理環(huán)境研究YUNNANGEOGRAPinCENVIRONMENTRESEARCH閩江河口秋茄濕地土壤腐殖質(zhì)組成及剖面分布特征張林海,王瑞申(福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院亞熱帶濕地研究中心,福建福州350007)摘要:以閩江河口秋茄濕地土壤為研究對象,研究了土壤腐殖質(zhì)組成和剖面分布特征,并探討了土壤腐殖質(zhì)組成與土壤理化因子的關(guān)系。結(jié)果表明,秋茄濕地土壤腐殖質(zhì)的組成中,胡敏酸占有機(jī)碳變化范圍為6%18%,富里酸占有機(jī)碳變化范圍為15%34%,閩江河口秋茄濕地土壤為富里酸型土壤。土壤胡敏酸和胡敏素含量隨深度增加而波動降低;富里酸表層的含量最低,中間層最高。表層的HA/FA最高,中間層最低。土壤理化

2、性質(zhì)中,pH值、有機(jī)碳含量、粘粒含量、氮含量與土壤腐殖質(zhì)分布有顯著線性相關(guān)關(guān)系。關(guān)鍵詞:土壤腐殖質(zhì);HA/FA;秋茄濕地;閩江河口中圖分類號:S152.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-7852(2011)01-0005-06收稿日期:2010-06-29;修訂日期:2010-09-07.基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31000262);福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院“旗山學(xué)者”項(xiàng)目.作者簡介:張林海(1978-)男,福建省寧化人,助教,碩士,研究方向?yàn)闈竦厣鷳B(tài)與環(huán)境.0前言土壤腐殖質(zhì)(humus)是土壤中一類特殊的高分子芳香族醍類聚合物,是土壤有機(jī)質(zhì)經(jīng)過生物酶分解、氧化以及微生物合成等過程改造

3、后的產(chǎn)物。腐殖質(zhì)物質(zhì)通過醍呼吸作用,促進(jìn)Cr(VI)、U(VI)等金屬和有毒物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和降解,腐殖質(zhì)的醍基團(tuán)作為最終電子受體,對于自然界中碳循環(huán)過程有著非常重要的作用按腐殖質(zhì)在酸堿溶液中的溶解度可以分為:胡敏素(Humins),胡敏酸(Humicacid,HA),富里酸(Fulvicacid,FA)4,5】。胡敏酸、富里酸是土壤腐殖物質(zhì)的最重要組分,在改善土壤團(tuán)粒、保持和提高土壤肥力和反應(yīng)活性,影響環(huán)境等方面有著顯著作用J'】。目前國內(nèi)外對土壤腐殖質(zhì)的研究主要集中在腐殖質(zhì)的各組分結(jié)構(gòu)性質(zhì)、土壤腐殖質(zhì)與肥力關(guān)系、土壤腐殖質(zhì)物理、化學(xué)、生物轉(zhuǎn)化及生態(tài)過程、腐殖質(zhì)測定研究等方面L8-13o研

4、究領(lǐng)域多集中在森林、農(nóng)田和草原等生態(tài)系統(tǒng),對于鹽沼濕地土壤的腐殖質(zhì)研究則少見報道。紅樹林濕地按濕地公約的分類屬潮間帶森林濕地,它是處于海陸過渡帶的天然生態(tài)系統(tǒng),受水、氣、陸交互作用強(qiáng)烈,主要集中分布在周期性遭受海水浸淹的海岸潮間帶和灘涂上皿】。本文以閩江河口秋茄(KcuMiacarM)濕地土壤為研究對象,研究了土壤腐殖質(zhì)的剖面分布及其組成特征,并探討土壤腐殖質(zhì)分布與土壤理化因子的相關(guān)性,以期為紅樹林濕地土壤的成土過程和為紅樹林的保護(hù)、恢復(fù)、開發(fā)以及環(huán)境部門和國土部門保護(hù)管理閩江河口濕地提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。1研究區(qū)概況與研究方法研究區(qū)概況研究區(qū)位于閩江河口面積最大的洲灘天然濕地鱗魚灘濕地,其

5、地理坐標(biāo)大致為26。00,36"26B42N,119。34'12"119°40'40”E,面積達(dá)3120hm2o濕地處于淡水與咸水、南亞熱帶和中亞熱帶的交界處,獨(dú)特地理?xiàng)l件,使之成為中國的重要濕地之一。區(qū)內(nèi)氣候暖熱濕潤,年均氣溫19.3Y,年降水量1380mm左右,年均降水日數(shù)153d,降水多集中在39月。在這種氣候條件下發(fā)育了紅壤向磚紅壤性紅壤過渡性土壤,植被多為次生植被'。濕地分布的主要植物為蘆葦(Phrag.mitesaustralis)、咸草(Cyperusmalaccensis)和典草(Sctrpus等植物,該濕地天然生長的紅樹林

6、呈現(xiàn)斑塊狀分布,也有人工種植的紅樹林,種類主要是秋茄。1.2研究方法1.2.1土壤取樣土壤取樣具體地點(diǎn)位于長樂市潭頭鎮(zhèn)克鳳村五、門閘附近。在天然紅樹林沼澤濕地選擇3個樣點(diǎn),各樣點(diǎn)按°10cm、1020cm、2030cm、3040cm、4050cm、5060cm層分別取樣。一部分土樣帶回實(shí)驗(yàn)室用烘干法測定容重和含水量。另一部分土樣在自然條件下風(fēng)干,除去活體和根系,研磨,過2mm和0.25mm篩,在自封袋中保存?zhèn)溆谩?.2.2 實(shí)驗(yàn)方法土壤腐殖質(zhì)分組采用焦磷酸鈉氫氧化鈉溶液提取法,有機(jī)碳用重鎘酸鉀外加熱法測定,使用凱氏定氮儀測定土壤氮含量,土壤磷測定采用H2SO4-HCL04消煮鑰銳抗比

7、色法,土壤pH值測定采用的水土比為5:1,攪拌1min,靜置30min,用奧立龍868型酸度計測量,土壤全鹽含量用電位法測定(土壤浸提液制備水土比為5:1),土壤容重、含水量用環(huán)刀烘干法測定,另外對土壤樣品采用甲種比重計法測定機(jī)械組成,計算出土壤中粘粒、粉砂粒及砂粒的百分比3】。1.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析處理和制圖采用officeExcel2003和SPSS13.0軟件,采用方差分析和最小顯著性多重比較(LSD)方法檢驗(yàn)不同層次土壤腐殖質(zhì)含量的差異。2結(jié)果與分析2.1秋茄濕地土壤養(yǎng)分與腐殖質(zhì)含量剖面分布特征2.1.1土壤養(yǎng)分狀況秋茄濕地土壤養(yǎng)分垂直分布狀況如圖1,土壤有機(jī)碳、氮、磷含量剖面垂

8、直變化趨勢比較一致,除磷的含量在1020cm較低外,其余都是010cm>1020cm>2030cm>3040cm>4050cm>50-60cm,即隨著深度增加各養(yǎng)分含量降低,表層含量最高,底層最低。土壤各養(yǎng)分含量從土壤表層向深層逐漸遞減的主要原因是紅樹林的根系主要分布在表層,根系主要從表層吸收營養(yǎng),加上表層地上凋落物碳的輸入量最大,因而養(yǎng)分含量最高。含魚伊廣0.0010.0020.000<»一一胡敏酸富里酸T一胡敏素一一胡敏酸富里酸T一胡敏素圖1土壤養(yǎng)分含量剖面分布Fig.1Profiledistributionofsoilnutrients2.

9、1.2土壤腐殖質(zhì)含量剖面垂直分布Is秋茄濕地土壤腐殖質(zhì)含量剖面垂直分布特征如圖2。胡敏酸含量的剖面垂直變化趨勢為:010cm>10-20cm>5060cm>4050cm>2030cm>3040cm,表層的含量最高,中間層最低;富里酸含量的剖面垂直變化趨勢為:2030cm>4050cm>3040cm>10-20cm>5060cm>010cm表層的含量最低,中間層最高;胡敏素含量的剖面垂直變化趨勢為:010cm>3040cm>1020cm>2030cm>4050cm>5060cm,大體上隨深度增加而降低,表層

10、的含量最高,底層最低,這種分布趨勢與土壤養(yǎng)分的分布狀況較為一致。總體上看,腐殖質(zhì)各組分含量的剖面垂直分布特征都不盡相同。0.000n-ooo123ooO456is含tt/gkg-110.0020.0030.00有機(jī)碳有機(jī)碳土壤氮土壤磷圖2土壤腐殖質(zhì)含量剖面分布Fig.2Profiledistributionofsoilhumuscontent表1Tab.1土壤HA/FA剖面分布特征ProfiledistributionofHA/FA項(xiàng)目010cm1020cm2030cm3040cm4050cm5060cmHA/C00.060.130.14FA/C0.150.280.340

11、.300.330.32HA/FA1.070.650.310.210.400.452.1.3土壤胡敏酸和富里酸比值(HA/FA)剖面分布特征胡敏酸和富里酸本質(zhì)上是分子量不同、結(jié)構(gòu)單元相似的腐殖酸。表1表明,在腐殖質(zhì)的組成中,胡敏酸占有機(jī)碳含量變化范圍為6%18%,富里酸占有機(jī)碳含量變化范圍為15%-34%,富里酸占顯著優(yōu)勢。方差分析進(jìn)一步表明:富里酸含量極顯著高于胡敏酸含量(p<0.01)。秋茄濕地土壤HA/FA的剖面變化趨勢為:010cm>1020cm>5060cm>4050cm>2030cm>3040cm,表層的HA/FA最高,中間層最低,這與胡敏酸剖面分

12、布特征一致。HA/FA除表層大于1夕卜,其他各層均小于0.65。2.2秋茄濕地土壤腐殖質(zhì)與土壤理化性質(zhì)相關(guān)分析土壤腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤后在微生物的作用下轉(zhuǎn)化形成的。土壤理化性質(zhì),包括土壤養(yǎng)分狀況、土壤鹽度、土壤pH和土壤機(jī)械組成等因子,都會對土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的過程產(chǎn)生影響。為闡明影響閩江河口紅樹林濕地土壤腐殖質(zhì)含量的主要因子,對其土壤腐殖質(zhì)各組分與土壤理化因子進(jìn)行相關(guān)分析。圖3圖6表明,土壤pH值與HA、HA/FA為極顯著線性正相關(guān)關(guān)系(pvO.Ol),與FA為極顯著線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.01);土壤有圖4土壤有機(jī)碳與HA、胡敏素、HA/FA相關(guān)關(guān)系Fig.4Correla

13、tionbetweenSOCandHA,humans,HA/FAinsoil安20.0016.0012.008.004.000.0020.00Fig.5Huminsy=-0.027x41.207,r=-0.47223.0026.0029.00粘粒含量/%圖5土壤粘粒含雖與胡敏素、HA/FA相關(guān)關(guān)系Correlationbetweenclaycontentandhumans,HA/FAinsoil堀20.0016.00-12.00-8.004.001.001.301.601.90敏含ffi./gkg”圖6土壤氮含量與胡敏素相關(guān)關(guān)系Fig.6CorrelationbetweenTNandhumin

14、sinsoil圖3土壤pH與FA、HA、HA/FA相關(guān)關(guān)系Fig.3CorrelationbetweenpHandFA,HA,HA/FAinsoil機(jī)碳含量與土壤HA、胡敏素、HA/FA都有顯著線性正相關(guān)關(guān)系(P<0.05);土壤粘粒含量與胡敏素、特有機(jī)碳積累方式與潛力,進(jìn)而影響著土壤腐殖質(zhì)的積累脫。植被的地上凋落物及地下分泌物是土HA/FA都有顯著線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.05);土壤氮壤腐殖質(zhì)的主要來源,不同植被的凋落物與分泌物含量與胡敏素為極顯著線性正相關(guān)關(guān)系(p<001)。具有各自的化學(xué)特性和分子結(jié)構(gòu),凋落物層貯量、3結(jié)論與討論失重率和分解速率對土壤腐殖質(zhì)含量影響較大S

15、I。與其他鹽沼濕地草本植物相比,本區(qū)秋茄土壤中腐殖質(zhì)含量較高,這主要是因?yàn)榍锴焉L旺盛,每年3. 1土壤HA/FA土壤HA/FA在一定程度上反映土壤腐殖物質(zhì)聚合程度,土壤胡敏酸與富里酸比值越大,土壤腐殖物質(zhì)的聚合程度也越高,質(zhì)量也越好成,因此常常被作為進(jìn)一步說明土壤肥力的指標(biāo)3】。本研究中,土壤HA/FA和pH、有機(jī)碳、土壤粘粒含量之間都有顯著的相關(guān)關(guān)系,表明HA/FA是指示土壤環(huán)境和腐殖化高低的良好指標(biāo)。HA/FA比值的大小實(shí)際上受腐殖酸分子縮合和降解動態(tài)平衡過程的影響口。閩江河口紅樹林濕地土壤腐殖質(zhì)的組成中,HA/FA除表層為1.07外,其余各層變化范圍為0.210.65,這表明閩江河口秋

16、茄濕地土壤為富里酸型土壤。與北方土壤相比,研究區(qū)土壤HA/FA偏低,腐殖物質(zhì)的聚合程度不高,如三江平原典型濕地土壤HA/FA均大于1,其剖面均值為1.42.5,這與中國土壤腐殖質(zhì)性質(zhì)從北而南的地帶性變化規(guī)律基本一致。研究表明,由北向南土壤腐殖質(zhì)中胡敏酸含量下降而富里酸增加,主要是由于北方土壤在低溫、濕潤的環(huán)境中條件下腐殖化過程強(qiáng)烈),而南方土壤在高溫、濕潤條件下水穩(wěn)性差,礦物風(fēng)化作用強(qiáng)烈,不易形成團(tuán)聚狀的有機(jī)膠體,合成的胡敏酸量少,但卻有利于富里酸的形成日。與本省其他土壤類型相比,研究區(qū)土壤HA/FA相對較高24,25】,這主要是由于研究區(qū)位于河口濕地的特殊環(huán)境決定的。濕地處于經(jīng)常漬水的還原環(huán)

17、境下,輸入到土壤中的植物物質(zhì)首先形成大相對分子量的胡敏酸,而淹水還原條件又會阻礙微生物對有機(jī)質(zhì)的進(jìn)一步分解,因此有利于胡敏酸的形成和積累a】。3.2 土壤腐殖質(zhì)垂直分布特征受植物根系分布和土壤有機(jī)質(zhì)影響,土壤腐殖質(zhì)含量的垂直變化一般都表現(xiàn)為從表層向下逐漸降低的特征】,秋茄濕地土壤腐殖質(zhì)中胡敏酸和胡敏素的分布大致也是由表層向下波狀降低。上覆植被是影響土壤腐殖質(zhì)分布的一個主要因子,不同類型的植被可形成特定的土壤表層小氣候,并具有獨(dú)產(chǎn)生大量的枯枝落葉,據(jù)研究,紅樹林每年的凋零物達(dá)可達(dá)6.312.6t/hm"】。豐富的凋落物為土壤腐殖質(zhì)和營養(yǎng)元素累積提供物質(zhì)基礎(chǔ)。秋茄土壤HA/FA在中間層次

18、(20cm40cm)出現(xiàn)了較低值,這可能是因?yàn)榧t樹林在干旱時易反酸,埋藏層容易生成酸性較強(qiáng)的富里酸。鑒于潮汐濕地復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境,土壤腐殖質(zhì)組分及其變化的成因還有待于進(jìn)一步探討。3.3 土壤理化性質(zhì)對土壤腐殖質(zhì)的影響土壤腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主體,腐殖質(zhì)的多少與植物的根系分布及相應(yīng)土壤層次所接受的外來碳源數(shù)量的差異有關(guān),因此,土壤腐殖質(zhì)的含量與土壤有機(jī)碳含量之間有密切的關(guān)系,如有研究表明,松結(jié)態(tài)胡敏酸碳含量與土壤總有機(jī)碳顯著相關(guān)。本研究表明土壤有機(jī)碳與HA、胡敏素、HA/FA都有顯著線性正相關(guān)關(guān)系,這與江蘇省互花米草鹽沼濕地和三江平原典型濕地土壤腐殖質(zhì)的研究結(jié)果一致2L27o土壤氮素在一定程度上決

19、定了有機(jī)碳的含量,土壤對碳的固持常常受土壤氮水平的制約】,C/N會顯著影響土壤腐殖化過程,因此氮含量與腐殖質(zhì)的消長趨勢往往是一致的,本研究中氮含量與胡敏素有顯著正相關(guān)關(guān)系。濕地土壤氮含量的變化可能會導(dǎo)致土壤腐殖質(zhì)質(zhì)量的改變。有學(xué)者就認(rèn)為,當(dāng)濕地土壤接受外來氮輸入增加時,如大氣氮沉降和農(nóng)業(yè)活動氮排放的增加,就可能會導(dǎo)致濕地土壤腐殖質(zhì)質(zhì)量的下降】。秋茄濕地土壤的pH值介于5.996.23,表明土壤呈弱酸性。土壤pH的高低影響腐殖質(zhì)與礦物質(zhì)的結(jié)合,改變兩者反應(yīng)時的表面位或基團(tuán)的化合態(tài)。土壤pH還能通過腐殖質(zhì)還原菌影響腐殖質(zhì)的還原性,進(jìn)而影響腐殖質(zhì)的呼吸與轉(zhuǎn)化叫。在腐殖質(zhì)存在條件下,pH是影響土壤對農(nóng)

20、藥吸附的重要因素,因此,土壤pH與腐殖質(zhì)有密切關(guān)系【35】。本研究表明,土壤pH值與HA、HA/FA有極顯著線性正相關(guān)關(guān)系,這可能是因?yàn)閜H升高時,土壤陽離子交換總量(CEC)增加,土壤活性增強(qiáng),利于提高土壤腐殖化程度方】;還有研究認(rèn)為土壤pH值升高時,碳酸鈣含量增加,碳酸鈣又有利于腐殖質(zhì)的積累和分子量較大、芳化度和技基含量較高的胡敏酸的形成列,從而提高了HA/FA比值。致謝:本研究得到福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院濕地研究中心和陳奮飛、陳麗明和雷國興同學(xué)的幫助,特別是在實(shí)驗(yàn)過程中得到尹云峰老師的指導(dǎo),在此一并表示感謝。參考文獻(xiàn):1JGAFFNEYJS,MARLEYNA,CLARKSB.Humica

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