退耕還湖后不同植被群落濕地土壤剖面磷素形態(tài)分布特征①

包先明，崔 宏

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退耕還湖后不同植被群落濕地土壤剖面磷素形態(tài)分布特征①

包先明1，崔 宏2,3

(1 淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽淮北 235000；2 臨泉第二中學(xué)，安徽臨泉 236400；3安徽自然災(zāi)害過(guò)程與防控研究省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蕪湖 241000)

對(duì)菜子湖退耕還湖區(qū)不同植被群落(苔草、蘆葦和酸模)下濕地剖面土壤進(jìn)行分層采樣，分析了土壤剖面有機(jī)磷(orP)、無(wú)機(jī)磷(inP)及無(wú)機(jī)磷組分鋁磷(Al-P)、鐵磷(Fe-P)、閉蓄態(tài)磷(O-P)和鈣磷(Ca-P)的含量，探討了植被群落對(duì)退化濕地生態(tài)恢復(fù)后土壤剖面磷素形態(tài)分布特征的影響。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤剖面磷素以無(wú)機(jī)磷為主(301.94 ~ 645.17 mg/kg)占全磷含量的52.59% ~ 84.64%；除酸模群落下0 ~ 6 cm土層外，土壤剖面有機(jī)磷含量范圍為78.40 ~ 254.27 mg/kg。土壤剖面無(wú)機(jī)磷組分以鈣磷和鐵磷為主，分別占無(wú)機(jī)磷總量的29.67% ~ 67.58% 和21.90% ~ 52.29%。除酸模群落下0 ~ 6 cm土層外，3種植被群落下土壤無(wú)機(jī)磷含量均隨著剖面深度增加而增加，而有機(jī)磷含量則隨著剖面深度增加先急劇降低后逐漸升高；土壤鋁磷和鐵磷含量總體上均隨著剖面深度增加而降低；除酸模群落下0 ~ 6 cm土層土壤閉蓄態(tài)磷外，其他土壤剖面閉蓄態(tài)磷和鈣磷含量總體均隨著剖面深度增加而升高。研究區(qū)3種植被群落下土壤鋁磷、鐵磷和有機(jī)磷存在表聚現(xiàn)象，酸模群落下土壤剖面表現(xiàn)最為顯著。研究區(qū)植物對(duì)土壤磷素吸收利用是磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化和表聚的驅(qū)動(dòng)力，而鈣磷是各形態(tài)磷表聚的主要來(lái)源。

植被群落；濕地土壤；土壤剖面；磷素形態(tài)

濕地是位于陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡帶，具有獨(dú)特的水文、土壤、植被與生物特征，是地球表層各種生源要素的源、匯和轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所[1]。磷是植物生長(zhǎng)必需元素之一，決定著濕地結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力的重要元素，也是濕地生態(tài)系統(tǒng)主要的限制性因子[2-3]。磷在濕地土壤中以有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷的形態(tài)存在[3]。有研究表明閩江口鱔魚(yú)灘濕地蘆葦和短葉茳芏沼澤土壤以無(wú)機(jī)磷為主要組分，其中無(wú)機(jī)磷主要貢獻(xiàn)者為鐵磷和閉蓄態(tài)磷[4]；三峽水庫(kù)淹沒(méi)消落區(qū)土壤中的磷也以無(wú)機(jī)磷為主，有機(jī)磷為輔，而主導(dǎo)土壤全磷含量的是無(wú)機(jī)磷中的鈣磷，其次為有機(jī)磷[5]；而美國(guó)阿卡迪亞公園濕地土壤磷以鋁磷為主，可占全磷62% ~ 66%[6]；菜子湖退耕還湖區(qū)濕地土壤磷素以無(wú)機(jī)磷為主，其中鐵磷和鈣磷占無(wú)機(jī)磷主導(dǎo)地位[7]；三江平原濕地小葉章草甸土壤全磷以有機(jī)磷為主，無(wú)機(jī)磷為輔[8]。因此，不同研究區(qū)濕地土壤磷組分各不一致，受研究區(qū)成土母質(zhì)、植被、水文條件及利用方式等因素影響[8-12]。

濕地土壤磷形態(tài)變化深受植物生長(zhǎng)節(jié)律影響[8]，水分、熱量等環(huán)境條件也是磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的重要驅(qū)動(dòng)因子[8-11]。濕地植被自然演替過(guò)程中不同植物生物量積累和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程的變化導(dǎo)致沉積物中磷形態(tài)的差異[12]。植物還可通過(guò)與微生物協(xié)同機(jī)制作用下，對(duì)土壤磷素地球化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生影響[13]。而不同植物吸收土壤磷素的最佳時(shí)期存在差異，對(duì)土壤有效磷吸收也存在差異，且吸收有效磷的來(lái)源也存在差異[14-15]，進(jìn)而影響了濕地土壤磷素形態(tài)含量及分布。膠州灣鹽沼不同植被群落下土壤磷含量存在差異，互花米草土壤全磷含量最高，而蘆葦濕地土壤則最低，但堿蓬土壤有效磷含量最高，0 ~ 20 cm土壤全磷含量最高，隨著深度增加而降低[16]；宋曉琳等[17]研究表明，在不同覆被條件下雙臺(tái)子河口濕地土壤全磷含量在0 ~ 30 cm深度內(nèi)變化不大，30 cm以下土壤全磷含量升高。因此，濕地植物可通過(guò)協(xié)同微生物群落活性、吸收根際分泌物和凋落物等影響濕地土壤磷地球化學(xué)過(guò)程[3,8,13]，進(jìn)而影響濕地土壤磷素組分特征、磷素有效性及全磷含量。

綜上所述，有關(guān)濕地土壤磷素形態(tài)研究主要集中在不同類(lèi)型濕地土壤磷形態(tài)組分含量及特征、水分條件和植被狀況對(duì)濕地土壤磷形態(tài)組分特征的影響上，從土壤剖面視角去研究植物如何影響濕地土壤磷形態(tài)特征的研究較少。1998年長(zhǎng)江特大洪水后，退耕還湖成為我國(guó)長(zhǎng)江中下游濕地生態(tài)恢復(fù)的重要舉措。退耕還湖后濕地生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)成為濕地科學(xué)研究的重要領(lǐng)域。以土壤剖面為視角不僅有利于研究濕地生態(tài)恢復(fù)下植被對(duì)濕地土壤磷形態(tài)的影響，也有利于研究植被類(lèi)型對(duì)不同磷形態(tài)垂向遷移的影響，可進(jìn)一步豐富植被影響濕地土壤磷素生物地球化學(xué)過(guò)程的認(rèn)識(shí)。本文選取安徽省安慶市菜子湖退耕25 a圩區(qū)苔草、蘆葦和酸模植被下濕地土壤為研究對(duì)象，對(duì)土壤剖面有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷組分進(jìn)行分析比較，探究植被群落對(duì)磷素組分在土壤剖面上分布特征的影響，可為退化濕地生態(tài)恢復(fù)中選擇有利于土壤磷素養(yǎng)分保持的植被類(lèi)型提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

安慶菜子湖濕地是安徽省沿江濕地自然保護(hù)區(qū)的重要組成部分，地理位置117°01′ ~ 117°09′ E，30°43′ ~ 30°58′ N，總面積17 300 hm2。菜子湖流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量豐沛，多年平均氣溫16.5℃，多年平均降雨量1 389.1 mm，多年平均蒸發(fā)量1 611.4 mm。20世紀(jì)50年代開(kāi)始大規(guī)模的圍湖造田，20世紀(jì)80年代開(kāi)始退田還湖，許多退耕還湖區(qū)因地制宜地選擇了恢復(fù)為自然濕地或進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖，旨在尋求濕地生態(tài)調(diào)蓄功能與經(jīng)濟(jì)收益間的平衡[18]。

1.2 土樣采集與處理

采樣區(qū)位于菜子湖金神鎮(zhèn)幸福圩(30°51.028′ ~ 30°51.043′ N，116°00.970′ ~ 117°00.998′ E)，該圩建于1958年，于1986年破圩，恢復(fù)為自然水域，后進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖。依據(jù)典型性和代表性原則，選取苔草、蘆葦和酸模3種不同植被群落濕地(圖1)作為研究樣地。苔草樣地苔草高度為80 ~ 100 cm，有倒伏，蓋度約100%；蘆葦樣地蘆葦新株高度200 cm左右，立枯死株高度330 cm左右，蓋度約100%；酸模樣地植株高度約100 cm，蓋度約90%[18]。每種類(lèi)型植被下濕地采3個(gè)混合土樣，每一個(gè)混合土樣由3個(gè)點(diǎn)混合而成。采樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)樣點(diǎn)土壤剖面均在6 cm處發(fā)生明顯的顏色、緊實(shí)度和根系多少的轉(zhuǎn)變，所以本研究按0 ~ 6、6 ~ 13、13 ~ 25、25 ~ 40、40 ~ 55 cm 采集5個(gè)層次土壤樣品，共采集45個(gè)混合土樣[18]。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干，挑去根、蟲(chóng)體、石礫，研磨，過(guò)20目塑料篩及分取部分再研磨過(guò)100目塑料篩，裝袋備用。采樣區(qū)不同植被群落下土壤理化性質(zhì)見(jiàn)文獻(xiàn)[18]。

(SM、LW和TC分別為酸模、蘆葦和苔草樣地)

1.3 分析方法

無(wú)機(jī)磷(inP)分級(jí)采用文獻(xiàn)[19]連續(xù)浸提分級(jí)方法，分為鋁磷(Al-P)、鐵磷(Fe-P)、鈣磷(Ca-P)和閉蓄態(tài)磷(O-P)；有機(jī)磷(orP)含量測(cè)定采用燒灼法[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS(17.0)及Excel2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、制圖及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被群落下濕地土壤剖面無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷分布特征

土壤中的全磷可分為無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷兩大部分，其中無(wú)機(jī)磷是磷素的一個(gè)極其重要的組成部分，是植物所需磷的主要來(lái)源，其含量占全磷的60% ~ 80%[3,20-21]。研究區(qū)3種植被群落濕地土壤無(wú)機(jī)磷含量在301.94 ~ 645.17 mg/kg(圖2)，占全磷含量的52.59% ~ 84.64%(表1)。除酸模植被下0 ~ 6 cm土層外，3種植被群落下土壤無(wú)機(jī)磷含量均有隨著土壤剖面深度增加而增加的趨勢(shì)，相同土壤剖面深度無(wú)機(jī)磷含量存在顯著差異；但0 ~ 6 cm土層無(wú)機(jī)磷占全磷比例顯著低于6 ~ 55 cm各個(gè)層次。同時(shí)總體上，酸模樣地各個(gè)深度土壤剖面無(wú)機(jī)磷含量顯著高于其他2種植被樣地(表1)。土壤有機(jī)磷是土壤磷素的重要組成部分，對(duì)土壤肥力和植物營(yíng)養(yǎng)有著重要影響，我國(guó)大部分土壤有機(jī)磷占全磷的20% ~ 40%[20]。東北三江平原小葉章草甸土壤有機(jī)磷總量高于無(wú)機(jī)磷[8]，而研究區(qū)濕地土壤有機(jī)磷含量除酸模植被下0 ~ 6 cm土層為581.67 mg/kg外，含量范圍在78.40 ~ 254.27 mg/kg，占全磷比例為15.36% ~ 47.41%(表1)。不同植被對(duì)有機(jī)磷的影響主要表現(xiàn)在0 ~ 6 cm土層，酸模群落下該層有機(jī)磷含量高于苔草群落下，而苔草群落下土壤有機(jī)磷含量高于蘆葦群落下，6 cm以下各個(gè)深度土壤剖面有機(jī)磷含量無(wú)顯著差異，但均存在隨著土壤剖面深度增加先急劇下降再逐漸升高的趨勢(shì)。有機(jī)磷占全磷比例也存在系統(tǒng)趨勢(shì)(表1)。

圖2 不同植被群落濕地土壤剖面土壤無(wú)機(jī)磷(inP)和有機(jī)磷(orP)含量的變化

表1 不同植被類(lèi)型濕地土壤剖面中不同形態(tài)磷占全磷的比例(%)

注：表中TP表示全磷，inP表示無(wú)機(jī)磷，orP表示有機(jī)磷，Al-P表示鋁磷，F(xiàn)e-P表示鐵磷，Ca-P表示鈣磷，O-P表示閉蓄態(tài)磷；下同。

2.2 不同植被群落下濕地土壤剖面各形態(tài)無(wú)機(jī)磷分布特征

土壤中磷素的形態(tài)決定磷素有效性，恰當(dāng)?shù)牧姿胤旨?jí)方法能較好地評(píng)價(jià)土壤有效磷庫(kù)的大小和磷素的供應(yīng)狀況[3,21]。研究區(qū)3種植被群落下濕地土壤剖面無(wú)機(jī)磷形態(tài)分布見(jiàn)圖3，各形態(tài)無(wú)機(jī)磷占全磷量的百分比見(jiàn)表1。研究區(qū)濕地土壤所有剖面鋁磷含量范圍5.01 ~ 17.50 mg/kg，占無(wú)機(jī)磷總量的1.11% ~ 3.23%，占全磷量的0.872% ~ 2.49%；鐵磷含量范圍為112.15 ~ 316.60 mg/kg，占無(wú)機(jī)磷總量的21.90% ~ 52.29%，占全磷量的15.89% ~ 36.82%；閉蓄態(tài)磷含量范圍為22.71 ~ 119.69 mg/kg，占無(wú)機(jī)磷總量的6.31% ~ 18.56%，占全磷量的3.990% ~ 9.886%；鈣磷含量范圍為112.11 ~ 393.68 mg/kg，占無(wú)機(jī)磷總量的29.67% ~ 67.58%，占全磷量的15.60% ~ 53.43%。所有無(wú)機(jī)磷組分中鋁磷含量最低，所占比例最小，而鈣磷和鐵磷占無(wú)機(jī)磷主導(dǎo)地位，是土壤無(wú)機(jī)磷主要組分。有研究表明向海濕地[22]]和三峽庫(kù)區(qū)消落帶濕地[23]土壤無(wú)機(jī)磷以Ca-P為主，而閩江口鱔魚(yú)灘濕地蘆葦和短葉茳芏沼澤土壤以無(wú)機(jī)磷主要以鐵磷和閉蓄態(tài)磷為主[4]。本文結(jié)果與同地區(qū)不同退耕年限下菜子湖濕地土壤無(wú)機(jī)磷組分以鐵磷和鈣磷為主導(dǎo)地位[3]一致。

研究區(qū)不同植被下濕地土壤鋁磷存在差異，蘆葦群落和酸模群落下土壤相對(duì)應(yīng)剖面層鋁磷含量高于苔草。除酸模植被下0 ~ 6 cm土層土壤鋁磷含量顯著高于其他群落外，蘆葦植被下0 ~ 25 cm土層土壤剖面鋁磷的含量高于其他植被群落土壤剖面相對(duì)應(yīng)層。總體上3種植被群落下土壤鋁磷均存在隨著土壤剖面深度增加，鋁磷含量先降低后升高現(xiàn)象，占全磷比例總體上也存在逐漸降低趨勢(shì)(表1)。酸模群落下濕地土壤鐵磷含量最高，而苔草與蘆葦植被下基本一致，但3種植被群落下土壤剖面鐵磷含量均存隨著剖面深度增加而降低，其中占全磷比例有先升高后逐漸降低的趨勢(shì)(表1)。酸模植被下0 ~ 13 cm土層土壤閉蓄態(tài)磷顯著高于蘆葦和苔草植被，而3種植被下13 ~ 55 cm土層土壤閉蓄態(tài)磷差異不顯著，總體上除了酸模0 ~ 6 cm土層外，3種植被群落下土壤蓄態(tài)磷有著隨著剖面深度增加而升高的趨勢(shì)。3種植被群落下濕地剖面相同深度土壤鈣磷存在顯著差異，但總體上均存在隨著土壤剖面深度增加，鈣磷含量增加的現(xiàn)象，占全磷比例也存在相同趨勢(shì)。4種無(wú)機(jī)磷組分差異在3種植被群落下土壤剖面0 ~ 25 cm差異性表現(xiàn)更為顯著，而25 ~ 55 cm差異相對(duì)小些。

2.3 研究區(qū)濕地土壤剖面磷素形態(tài)間的相關(guān)性分析

濕地土壤磷素生物地球化學(xué)過(guò)程中，各個(gè)土壤磷形態(tài)組分間存在相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，但這些轉(zhuǎn)化又深受土壤環(huán)境影響[3,20-21,23]，因此，濕地土壤各個(gè)組分間及其與土壤理化性質(zhì)存在一定相關(guān)性。研究區(qū)土壤鋁磷含量與土壤全磷、有效磷、有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷、鐵磷、閉蓄態(tài)磷及有機(jī)質(zhì)含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(表2)；鐵磷含量與土壤有機(jī)磷、有效磷及有機(jī)質(zhì)含量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與全磷、無(wú)機(jī)磷、閉蓄態(tài)磷含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系；閉蓄態(tài)磷含量與土壤全磷、無(wú)機(jī)磷、有效磷含量及土壤pH存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與有機(jī)磷含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系；鈣磷含量與土壤黏粒含量、pH存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與有機(jī)磷含量、容重存在顯著正相關(guān)關(guān)系，與有機(jī)質(zhì)含量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；無(wú)機(jī)磷含量與全磷含量、pH存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與有機(jī)磷、有效磷含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系；有機(jī)磷含量與全磷、有效磷、有機(jī)質(zhì)、黏粒含量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與容重存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 討論

土壤無(wú)機(jī)磷是濕地植物所需磷的主要來(lái)源，一般在酸性土壤無(wú)機(jī)磷中鋁磷和鐵磷是植物有效磷源，閉蓄態(tài)磷是潛在有效磷源，而鈣磷利用率很低[3,21]。而有些研究表明酸性土壤環(huán)境下，鈣磷也是植物吸收有效磷的重要來(lái)源之一[12,23-25]。在研究區(qū)樣地4種無(wú)機(jī)磷形態(tài)中，土壤鈣磷含量最高，占土壤無(wú)機(jī)磷比重最大，與無(wú)機(jī)磷含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(表2)，同時(shí)3種植被下土壤剖面變化趨勢(shì)與無(wú)機(jī)磷基本一致。因此，鈣磷主導(dǎo)研究區(qū)無(wú)機(jī)磷變化，而鐵磷含量較高，占有次等地位。前人研究表明濕地利用方式、植被群落及生長(zhǎng)期、干濕交替、季節(jié)變化、土壤母質(zhì)和季節(jié)性洪水等均影響濕地土壤磷素組分及含量[3-5,7-9,12-16]。本研究區(qū)處于一個(gè)退耕圩區(qū)，圩區(qū)建于1958年，一直種植水稻，1986年破圩后形成自然濕地，隨后進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖至今[18]。3種植被群落樣區(qū)相鄰，除了植被群落不同外，其他水文條件、土壤母質(zhì)、利用方式均一致。因此，植被群落是影響濕地土壤磷素形態(tài)及其在土壤剖面上分布差異的主要因素。

圖3 不同植被群落濕地土壤剖面Al-P、Fe-P、O-P和Ca-P分布特征

表2 研究區(qū)濕地土壤磷素各形態(tài)組分間及與土壤理化性狀間的相關(guān)系數(shù)

注：=15；*表示在＜0.05水平顯著相關(guān)；**表示在＜0.01水平極顯著相關(guān)。

濕地土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)變化可受植物生長(zhǎng)節(jié)律影響[8,13]，不同濕地植物吸收土壤有效磷來(lái)源的磷形態(tài)和吸收最佳時(shí)期存在差異[14-15]。植被根系通過(guò)分泌物影響調(diào)控磷循環(huán)相關(guān)微生物群落及活性，促進(jìn)土壤磷素轉(zhuǎn)化[13]，同時(shí)根系分泌的有機(jī)酸可活化土壤中的鋁磷、鐵磷和鈣磷，其中低分子有機(jī)酸對(duì)鋁磷和鐵磷活化效率最高[23-24]，且可將有效性低的鈣磷形態(tài)大量轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)無(wú)機(jī)磷以供自身利用[10,24-25]，而有機(jī)酸對(duì)閉蓄態(tài)磷活化最小[24]。同時(shí)，濕地水文條件也是磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的重要驅(qū)動(dòng)因子[3,8]，影響濕地土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)分布[9]。淹水條件促進(jìn)濕地土壤鐵磷中鐵還原成氧化亞鐵、晶形磷酸鐵轉(zhuǎn)化為無(wú)定形態(tài)，使磷被活化釋放，為植物吸收利用[3,8]，也可促使植被較難利用的土壤閉蓄態(tài)磷因氧化鐵膠膜的還原而活化，在落干氧化時(shí)轉(zhuǎn)為鐵磷[26]，進(jìn)而促進(jìn)磷素生物有效性提高。研究區(qū)苔草和酸模群落絕大多數(shù)根系分布在0 ~ 13 cm土層，13 ~ 55 cm土層根系較少，而蘆葦根系在25 cm以下分布也較少，越接近表層土壤3種植被根系越多，磷素活化率也越高，有效磷含量也越高[18]。因此，退耕后淹水水文條件和3種植物通過(guò)根系分泌物不僅促進(jìn)了鐵磷與鋁磷活化，提高表層土壤磷素生物有效性[18]，本研究表明研究區(qū)鐵磷、鋁磷含量與有效磷含量均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(表2)；同時(shí)也促進(jìn)了表層土壤剖面鈣磷和閉蓄態(tài)磷占全磷比例下降，而鐵磷和鋁磷占全磷比例上升(表1)，表明研究區(qū)表層土壤鈣磷和閉蓄態(tài)磷向鐵磷和鋁磷轉(zhuǎn)化。

植物通過(guò)對(duì)有效磷的吸收，還可促使磷素養(yǎng)分向表層遷移和積累[27-28]。眾多研究表明，土壤磷素養(yǎng)分遷移、轉(zhuǎn)化的主要存在形態(tài)均以有效性較低的鈣磷、閉蓄態(tài)磷、鐵磷為主[27]，其中磷遷移和轉(zhuǎn)化與土壤鈣磷活性增加密切相關(guān)[12,25,27-29]。因此，研究區(qū)3種植被群落下均表現(xiàn)出表層土壤鋁磷和鐵磷相對(duì)富集，土壤鈣磷相對(duì)消耗的現(xiàn)象，且土壤剖面鈣磷與鐵磷和鋁磷存有不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(表2)。不同植物根系通過(guò)分泌不同類(lèi)型和數(shù)量的有機(jī)酸[30]，而不同有機(jī)酸對(duì)不同無(wú)機(jī)磷形態(tài)活化存在差異[24]。同時(shí)不同植物群落下土壤剖面根系分布存在差異，研究區(qū)蘆葦相對(duì)于苔草和酸模分布更深的根系[18]，蘆葦樣地0 ~ 25 cm剖面土壤鈣磷占全磷比例下降顯著，土壤鐵磷和鋁磷占全磷比例上升顯著；而鈣磷、鐵磷和鋁磷相同變化趨勢(shì)出現(xiàn)在苔草和酸模0 ~ 13 cm土壤剖面上。綜上，植物根系是土壤剖面磷形態(tài)轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)力，而土壤鈣磷活化是研究區(qū)其他磷形態(tài)表聚的重要磷源。

土壤有機(jī)磷的多少取決于土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量及有機(jī)質(zhì)分解速率[3,23]，濕地土壤有機(jī)磷的磷素有效性較低，需經(jīng)微生物分解礦化提高有效性[3,20]。研究區(qū)濕地土壤有機(jī)磷含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)(表2)。3種植被通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)磷吸收、植被凋落物及根系殘?bào)w在表層土壤分解，積累土壤有機(jī)磷。濕地有機(jī)磷積累條件是微生物對(duì)有機(jī)磷的分解速率小于有機(jī)磷的積累速率[8]，而淹水水文條件降低了微生物分解速率。同時(shí)研究區(qū)土壤有機(jī)磷含量與土壤黏粒含量呈極顯著正相關(guān)(表2)，表明黏粒也是影響土壤有機(jī)磷的重要因素。黏粒具有較大的比表面積，表面上易附著生物碎屑等有機(jī)物質(zhì)。此外，黏土膠體可以保護(hù)有機(jī)質(zhì)免受微生物的分解，進(jìn)而促進(jìn)對(duì)有機(jī)磷的保護(hù)。因此，苔草和酸模群落下0 ~ 6 cm土層和蘆葦群落下0 ~ 13 cm土層由于凋落物和根系殘?bào)w等富集，促使土壤有機(jī)磷所占全磷比例顯著增加，而易被植物吸收利用的無(wú)機(jī)磷占全磷比例顯著下降(表1)。不同濕地植被根系生物量和凋落物量及它們分解速率也存在差異[31-32]。酸模群落下土壤有機(jī)磷表聚最為顯著，這可能是因?yàn)樗崮Ｈ郝涞蚵湮镏泻休^高的多種維生素及氨基酸，但粗纖維含量較少，有利于微生物對(duì)凋落物的分解和轉(zhuǎn)化，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)較快積累，而苔草和蘆葦干物質(zhì)中所含粗纖維較高，導(dǎo)致枯落物分解速率較慢有關(guān)[18]。

研究區(qū)3種植被群落下均存在土壤全磷含量0 ~ 6 cm土層較高，除酸模群落樣地外，顯著低于40 ~ 45 cm土層，而6 ~ 13 cm土層急劇下降，13 ~ 55 cm土層土壤全磷含量隨著深度增加而逐漸升高[18]，表明退耕還湖后，濕地生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中土壤磷素存在流失趨勢(shì)。總體上，3種植被群落下土壤剖面的不同形態(tài)磷分布特征基本一致，除了含量較低的鋁磷外，土壤鐵磷、鈣磷、閉蓄態(tài)磷、有機(jī)磷、無(wú)機(jī)磷和全磷均在相同深度剖面上酸模群落樣地大于或等于蘆葦和苔草群落樣地，表明在當(dāng)前濕地利用背景下，酸模群落相對(duì)于蘆葦和苔草群落更有利于研究區(qū)濕地土壤磷素養(yǎng)分保持。

4 結(jié)論

1) 研究區(qū)濕地土壤磷素以無(wú)機(jī)磷為主，有機(jī)磷為輔；無(wú)機(jī)磷形態(tài)以鈣磷為主，占無(wú)機(jī)磷總量的29.67% ~ 67.58%，且3種植被群落下土壤剖面分布特征與無(wú)機(jī)磷基本一致，主導(dǎo)著無(wú)機(jī)磷剖面分布特征。

2) 3種植被群落下濕地土壤鋁磷、鐵磷和有機(jī)磷都存在表聚現(xiàn)象，但不同植被群落表聚程度存在差異，酸模群落下濕地土壤這些磷素組分表現(xiàn)最為明顯，且存在閉蓄態(tài)磷和無(wú)機(jī)磷表層富集。土壤鈣磷在淹水和植被作用下活化，是提供表聚各種形態(tài)磷源的主要貢獻(xiàn)者。研究區(qū)植物對(duì)土壤磷吸收利用是這些形態(tài)磷素轉(zhuǎn)化和表聚的驅(qū)動(dòng)力。

3) 相對(duì)于蘆葦和苔草植被，研究區(qū)酸模植被更有利于退耕還湖后濕地生態(tài)恢復(fù)的土壤磷素養(yǎng)分保持。

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Distribution of Phosphorus Fractions in Wetland Soil Profiles Under Different Vegetation Communities After Returning Farmland to Lake

BAO Xianming1, CUI Hong2,3

(1 College of Life Science, Huaibei Normal University, Huaibei, Anhui 235000, China;Linquan No.2 High School, Linquan, Anhui 236400, China; 3 Anhui Key Laboratory of Natural Disasters Process and Prevention, Wuhu, Anhui 241000, China)

Soils from the wetlands under different vegetation communities (,,Linn) were sampled to investigate the distribution of organic P, inorganic P and inorganic P forms in soil profiles. The results showed that inorganic P contents were ranged from 301.94 to 645.17 mg/kg, accounting for 52.59%–84.64% of total P in all soil profiles, while organic P contents were ranged from 78.40 to 254.27 mg/kg except for 0–6 cm layers underLinn. Ca-P and Fe-P dominated inorganic P in all soil profiles, accounting for 29.67%–67.58% and 21.9%–52.29% of inorganic P, respectively. Except for 0–6 cm layers underLinn, inorganic P contents decreased while organic P decreased seriously first and then increased with depth of soil profiles under all vegetation types. Except for O-P in 0–6 cm layers underLinn, Fe-P and Al-P contents decreased while Ca-P and O-P contents increased with depth of soil profiles. Al-P, Fe-P and organic P accumulated in surface layers under all vegetation types, especially underLinn. Plant uptake drives the form transformation and surface accumulation of phosphorus, while Ca-P is the main source of surface accumulated phosphorus.

Vegetation community; Wetland soil; Soil profile; Phosphorus form

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41001369)和國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX07103-005)資助。

包先明(1978—)，男，安徽青陽(yáng)人，博士，副教授，主要從事濕地沉積物營(yíng)養(yǎng)元素地球化學(xué)循環(huán)研究。E-mail: xmb-7896@sohu.com

S153

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.01.004