黃河口濱岸潮灘不同類型濕地土壤磷、硫的分布特征

孫萬龍 ，孫志高 ，牟曉杰 ，王玲玲

(1.中國農業大學(煙臺)理工學院，山東煙臺264670;2.中國科學院煙臺海岸帶研究所濱海濕地生態實驗室，山東煙臺264003;3.廈門大學近海海洋環境科學國家重點實驗室，福建廈門361005;4.中國科學院研究生院，北京100039)

土壤是植物的營養庫之一，植物從土壤中獲得大部分營養物質來滿足其生存需要，土壤養分含量變化受生態系統的水文過程、植被類型、土壤理化性質等多種因素的影響。濕地土壤的差異影響著濕地生態系統類型和濕地植被群落的形成過程;同樣，濕地植被群落的變化也影響著濕地土壤空間上養分的分布差異。濕地土壤磷(P)和硫(S)等元素的時空分布特征不僅能反映濕地土壤結構狀況和可利用水平，而且會影響濕地植被生長，關系到濕地環境的形成和植被演替過程[3]。

黃河三角洲國家級自然保護區是我國暖溫帶最完整、最廣闊、最年輕的濕地生態系統，其土壤形成時間相對較短。目前，國內對該區域濕地土壤營養元素的分布規律已經有了一定的研究，但多數集中在單一濕地類型中營養元素在土壤中的空間分布特征[4]，研究多關注于單一植物群落的幾個樣地，而對自然狀態下不同植被群落下濕地土壤營養元素含量變化特征的研究尚少。為此，本研究對不同植被群落下濕地土壤P和S的垂直分布規律進行了探討，旨在揭示不同植被群落下濕地土壤P和S元素的垂直分布規律，突破了以往研究中的單一性和局限性，可為黃河三角洲濕地土壤養分循環研究提供基礎數據，為濕地生態系統的恢復、保護和管理提供科學依據。

1 研究區概況

研究樣地位于黃河三角洲腹地的典型濕地分布區，屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫12.3℃;年平均降水量555.9 mm，多集中在7—8月份;年蒸發量1 962.1 mm，是降水量的3.6倍。該區域土壤形成時間相對較短，機械組成以粉沙為主，沙黏層次變化復雜。土壤質地以輕壤土和中壤土為主，土壤類型以潮土和鹽土為主。研究區淡水缺乏，地下水位較淺，水質礦化度較高，土壤向積鹽方向發展，大面積的土地因次生鹽漬化而向重鹽堿荒地和光板地生態系統方向演替，使系統的正向演替過程受到干擾，濕地植被群落演替頻繁，且逆向演替明顯[5]。區域內地勢平坦，自然坡降為1/8 000～1/12 000，生態格局時空變化迥異，濕地類型多樣，植被以草甸為主，林木稀少，主要植被有草本植物鹽地堿蓬、灌木檉柳、蘆葦、白茅等。

2 研究方法

2.1 樣區布設與樣品采集

2008年，根據以往對黃河三角洲地區植物群落種類研究的相關結果[6]，并按照典型性和代表性的原則，沿黃河口濱岸至潮灘的演替帶方向，選取較少人為擾動的區域布設9個采樣點，其植被類型依次為:A三棱蔗草(Sparganiaceae)—朝天委陵菜(P.supina L.);B假葦拂子茅(C.pseudophragmites Koel);C白茅(Imperata cylindrica)—旱柳(Salix matsudana Koidz)—少量檉柳;D蘆葦(Phragmitascommunis Trin);E蘆葦—檉柳;F檉柳(Tamatix chinensis Lour);G 堿蓬—檉柳;H 堿蓬〔Suaeda salsa(L.)Pall〕;I光灘。演替方向自I群落向A群落進行，即自海向陸生態系統依次由灘涂濕地生態系統，經由新淤地生態系統、重鹽堿地生態系統向低鹽分生態系統方向演替。采樣時，分別在每個樣區內采集3個典型土壤剖面，其中A—E群落土壤剖面深度為80 cm，F—I群落土壤剖面深度為60 cm，每10 cm為一層，然后對3個剖面樣品進行等層次混合，共采集樣品64個。

2.2 樣品處理及測定

將采集的土樣帶回實驗室，自然風干后揀去石塊、植物殘根等雜物，用球磨機磨碎，過100目篩后裝袋待測。土壤樣品分析項目包括全磷(TP)、全硫(TS)等，其中全磷利用采用氫氧化鈉熔融—鉬銻抗混合試劑比色法測定，全硫測定采用比濁法[7]。

2.3 土壤磷、硫密度及儲量計算

Tn，Tni的單位為 kg/m2，ρni的單位為 kg/m3，dvi的單位為g/cm3，Ni的單位為%，hi的單位為cm。

2.4 數據處理與分析

運用SPSS 10.0和Origin 7.5等軟件對數據進行計算、作圖以及基本統計分析。

3 結果與分析

3.1 不同植被群落下P和S的分布特征

3.1.1 水平方向上的分布特征 黃河口濱岸潮灘濕地不同植被群落下土壤全磷的空間分布規律如圖1a所示。

土壤全磷含量沿植被演替方向的變化規律不明顯，不同群落土壤在30—40 cm土層全磷含量呈不規則“W”型變化，并于E群落出現一個峰值(743.695 mg/kg)，以此點為分界向兩邊遞減，但到光灘和演替末期又略有增加，這可能與該土層受到植被和成土母質的影響均較大有關[8];其余各土層全磷含量均在440～580 mg/kg之間變化，不同植被群落之間僅略有差異，這可能受土壤類型和氣候條件的影響，同時也與該區域植物的生產力水平以及枯落物的分解程度的難易有關[9]。

不同植被群落土壤全硫空間分布見圖1b所示，土壤全硫含量受植被類型影響顯著，分布規律為演替初期含量較高，隨后沿植被演替方向先逐漸增加后降低。不同土層的全硫含量最大值分布在D群落到F群落。這是由于蘆葦等植物生產力較高，產生的枯落物較多，且不易分解，形成大量有機質積累。有機質含量高，但腐殖化程度弱，分解度低，導致全硫養分含量高，使得該植被群落土壤中硫含量明顯高于其他植被群落土壤;D群落之前的植被枯落物分解度高，全硫含量較低，而D群落之后，土壤為水成土的一類，處于嫌氣還原狀態，好氧微生物活動受阻，凋落物分解緩慢，硫含量低于蘆葦區，但遠高于演替后期植被。

圖1 不同濕地植被群落土壤P，S水平分布特征注:樣點的植被類型依次為:A三棱蔗草—朝天委陵菜;B假葦拂子茅;C白茅—旱柳—少量檉柳;D蘆葦;E蘆葦—檉樹;F檉樹;G堿蓬—檉樹;H堿蓬;I光灘。下同。

3.1.2 垂直方向上的分布特征 圖2為不同植被群落下土壤中P，S的剖面分布特征。從圖中可知，不同土壤中P，S的垂直分布既具有一定的相似性又存在一定差異性。就P元素而言，在所研究9種群落植被中，A和B群落P含量的垂直分布特征在整體上較為相似，均呈“W”型波動變化，但峰值所出現的土壤深度不同，A群落出現在40—50 cm土層，而B群落出現在35 cm附近，60 cm以下土層相對于上層土壤均略有增加;C，D，G，H 群落土壤P含量的垂直分布特征較為相似，均呈“S”分布，其中 D群落在40—50 cm土層出現較大波動，總體而言，3個群落都是在上層土壤中波動較大，50 cm土層以下P含量明顯減少;E，F群落土壤P含量的垂直分布特征較為相似，均呈單峰波動變化，但峰值所出現的土層不同，E群落出現在35 cm土層附近，而F群落出現在10—20 cm土層，峰值過后，兩個群落土壤P含量均隨土壤深度增加而逐漸減少;I光灘土壤P含量的垂直分布整體上隨土壤深度增加而增加，但在30—50 cm的土層中出現較大波動。P含量如上分布的原因可能主要與成土母質以及有機質分布的空間異質性有關。此外，不同植被群落土壤中P含量垂直分布特征的差異主要與土壤水分條件差異、不同植物生產力高低不同、不同枯落物分解難易程度不同等因素有關[10]。

不同土壤中S含量的垂直分布特征更為明顯。A群落到E群落土壤中S含量的垂直分布特征較為相似，均隨土層深度不同波動較大，整體上均呈先降低，中部土層出現增加趨勢，50 cm之后S含量明顯降低;而F到I群落土壤中S含量在整體上呈增加趨勢，不同的是，F群落和H群落土壤中S含量在20 cm以上呈遞減趨勢，20 cm以下呈遞增趨勢，規律明顯，而G群落和I群落土壤中S含量在20—50 cm土層中出現較大波動，并無明顯規律，但于50 cm以下呈明顯增加趨勢。一般而言，S元素含量的垂直分布特征的不同主要受制于土壤有機質的分布[11]，據有關研究顯示，沿著植物群落演替方向，有機質含量有隨著演替方向先逐漸降低后增加的趨勢，而表層土壤的有機質一般含量豐富，所以其含量均較高，演替中后期有機質垂直分布變異系數相對較大，S含量相應出現較為明顯的波動，演替前期和演替后期深層土壤中S含量變化趨勢不同，其原因可能主要與成土母質以及有機質分布的空間異質性有關。

此外，不同植被群落土壤中P，S含量垂直分布特征的差異與不同環境土壤水分條件差異及其引起的不同質地土層P，S的垂直淋失有關。植被演替初期地表多積水或淹水，水分條件較好，P和S元素可隨水分垂直淋失至較深土層中，進而使得其在土壤剖面中的波動變化明顯;而隨著植被群落的演替，水分條件產生變化，元素在土壤中垂直淋失的程度不同，表現出不同的波動變化。不同植被群落土壤中P和S元素含量分布特征的差異還與植物吸收、礦化、生物固持等過程進行程度的差異有關，其垂直變化是諸因素綜合作用的結果。

圖2 不同濕地植被群落土壤P，S垂直分布特征

3.2 不同濕地植被群落下濕地土壤中P，S的含量特征及其變異性

不同演替時期土壤中各元素的平均含量變化可反映其在水平方向上的變異性。按Cambardella等對變異系數的分級標準:CV＜10%屬于弱變異性;CV=10%～100%屬于中等變異性;CV＞100%屬于強變異性。據表1可知，全磷含量在演替初期(光灘無植被)較高，從堿蓬區開始，全磷沿著演替方向呈增加趨勢，在演替中期含量達到最高，隨后呈減少趨勢，變異系數較小。黃河口濱岸潮灘土壤中全磷含量與長江口濕地土壤總磷的含量相差不大;沿著植物群落演替的方向，全磷含量的變化規律不明顯，變異程度較低。除了E群落土壤(16.5%)屬于中等變異性之外，其余植被群落下均屬弱變異性，其原因在于土壤中磷的含量主要與成土母質有關，其含量受土壤類型和氣候條件的影響，受演替中植被群落結構變化影響較弱，植被的生長對其起消耗作用，因而其分布與有機質的分布相反，所以在演替末期含量有所減少。

比較而言，全硫含量沿植被演替方向的變化規律較為明顯，除光灘外，全硫含量沿演替方向呈先增加后降低的變化趨勢。

光灘土壤硫含量較高的原因是該區域土壤長時間處于淹水狀態，好氧微生物活動受阻，有機質分解緩慢導致全養分含量較高;全硫含量的分布主要與土壤中有機質的分布有關，植被覆蓋區土壤中有機質主要來源于植物枯落物，根系并不充分參與有機質的形成，演替初期生產力水平較低，枯落物可較為徹底的分解，且該區域土壤中硫由于水鹽等條件作用極易氧化脫硫，全硫含量較低，演替中期植物生產力旺盛而分解不足導致全硫含量較高，隨著演替的進行，土壤中微生物也隨之增加且土壤水鹽環境亦有所改善，從而土壤中全養分含量降低。由表1亦可知，S元素的變異性相對較大，除 C群落(7.47%)和 Ⅰ群落(7.55%)屬于弱變異性，其余植被群落下均屬于中等變異性，較高的垂直變異性主要與上下土層中影響硫含量分布的主導因素差異有關，上層土壤中硫含量受外界環境條件、植物根系、水分條件以及化學過程等影響較為顯著，而下層土壤可能受土體結構、性質以及成土母質基礎的影響較大[12]。

表1 不同濕地植被群落下土壤P，S的變異性

3.3 不同濕地植被群落下濕地土壤中P，S儲量

不同濕地植被群落下土壤中 0—80 cm(0—60 cm)土層P，S儲量及其分布狀況分別于表2和圖3所示。據此可知，不同植被群落下土壤中全磷儲量相差不大，A到 E群落土壤0—80 cm土層磷儲量在0.40～0.45 kg/m2之間變化，變異性很小，可以認為儲量相近，F到I群落土壤0—60 cm土層磷儲量在0.29～0.35 kg/m2之間變化，具有很小的變異性且與A到E群落土壤0—60 cm深度下磷儲量(0.32～0.35 kg/m2)相差不大;同一植被群落下土壤各個土層中磷儲量在總儲量中所占的比例均在10%左右，同一樣點不同土層間磷儲量的變化不大。相對而言，不同植被群落下土壤中硫儲量的變化較為明顯，隨群落演替方向呈“S”型波動變化，演替初期硫儲量較高(0.32 kg/m2，0—60 cm)，而后降低一定程度后開始增加，到演替中期又到達一個峰值(0.33 kg/m2，0—80 cm;0.26 kg/m2，0—60 cm)，然后沿演替方向降低，末期達到最低值(0.21 kg/m2，0—80 cm;0.17 kg/m2，0—60 cm);然而，就同一土壤中不同土層硫儲量來看，各個土層中硫儲量相差不大。

圖3 不同土層元素儲量分布狀況

表2 不同濕地植被群落下土壤中TP，TS儲量 kg/m2

4 結論

(1)不同植物群落的土壤中磷含量變化不大，沿群落演替方向并無明顯的變化規律，變異系數較小;硫含量沿群落演替方向有較為明顯的變化規律。

(2)不同植被群落土壤中P和S元素的垂直分布特征規律不明顯，呈不規則波動變化，分布主要受制于土壤有機質的分布，有機質含量高，分解度低的條件下，全量養分含量較高;相反，分解度高的土層全量養分含量較低。此外不同土壤中的水分條件差異以及土壤中好氧微生物的活動也影響元素在土壤中的垂直分布特征。

(3)不同植被群落土壤中磷的垂直變異性很小，除E群落(16.5%)屬中等變異外，其余群落中均為弱變異性(＞10%)，這與研究區域土壤不同土層的成土母質差異不大有關;硫元素在不同土層有較高的垂直變異性，除C群落(7.4%)和Ⅰ群落(7.55%)屬于弱變異性，其余植被群落下均屬于中等變異性(＜10%)，這可能與上下土層影響硫分布的主導因素差異有關。

(4)不同植被群落土壤的磷儲量及其分布狀況差異不大，不同土壤的磷儲量均在0.32 kg/m2(0—60 cm)附近波動;而不同土壤中硫儲量存在較大差異，沿演替方向呈“S”型波動變化，最高值出現在 H群落(0.325 kg/m2，0—60 cm)，最低值出現在演替末期(0.168 kg/m2，0—60 cm)，但其分布狀況差異不大。

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