查干湖濕地不同類型植被土壤碳氮磷含量及其生態化學計量比特征

摘要：地處松嫩平原鹽堿土區內的查干湖濕地，因其獨特的土壤環境而形成特殊的生態系統。為探明該區域濕地土壤碳、氮、磷含量及其生態化學計量學特征，本研究分析了不同類型植被（堿蓬、水稗、蘆葦+香蒲（以下簡稱蘆蒲）、蘆葦和蘆葦+苔蘚（以下簡稱蘆苔））覆蓋下土壤有機碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及其生態化學計量比特征。結果表明：查干湖濕地0-20 cm土層土壤SOC、TN、TP含量均顯著大于20-40cm土層，不同類型植被覆蓋下土壤SOC、TP含量及表層TN含量大多差異顯著，蘆葦覆蓋下的土壤SOC含量最高，堿蓬覆蓋下的土壤TN含量及水稗覆蓋下的土壤TP含量最高。0-20 cm土層，5種類型植被覆蓋下土壤的C/N、C/P、N/P值范圍分別為183.34-2 066.08、57.99-482.73、0.13-0.85；20-40 cm土層，C/N、C/P、N/P值范圍分別為83.34～2 265.20、17.77-437.22、0.13-0.25。蘆葦覆蓋下不同土層土壤的C/N、C/P值及堿蓬覆蓋下的N/P值表現為最大。相關性分析結果顯示，C/N與土壤SOC含量呈極顯著正相關；C/P與土壤SOC含量和C/N呈極顯著正相關；N/P與土壤TN含量呈極顯著正相關。本研究結果可為查干湖濕地生態系統的恢復和管理提供理論參考。

關鍵詞：鹽堿濕地；碳氮磷；生態化學計量學；植被覆蓋

中圖分類號：S158 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）12-0086-06

碳（C）、氮（N）、磷（P）元素參與土壤養分循環和轉化，其化學計量比是土壤有機質含量和質量的重要指標，能反映有機質分解速率及養分礦化和固持間的平衡關系。查干湖濕地是以淺水型湖泊為核心的典型草原湖泊濕地生態系統，生態環境是影響查干湖土壤碳氮磷的重要主導因素。凋落物和根系分泌物是土壤碳、氮的主要來源，土壤磷素除受有機質輸入影響，還受母巖風化等的影響。而有機質的輸入主要依靠地上植物新陳代謝提供，不同植物所產生的凋落物和分泌物存在一定差異，導致土壤碳氮磷含量和化學計量比不同。此外，查干湖濕地是典型的鹽堿土壤，也是保護生物多樣性的重點研究區域，因此探究該區域不同類型植被覆蓋下土壤的C、N、P含量及其化學計量特征，有助于了解土壤養分在植物和土壤間的循環特征，為鹽堿濕地生態恢復與管理提供基礎數據。

前人研究了不同類型植被對濕地土壤碳氮磷的影響，張全軍等對翻陽湖優勢植物的碳、氮、磷釋放動態特征進行了研究，聶磊超等利用高光譜反演研究了濱海濕地植物的碳、氮、磷生態化學計量特征，劉展航等揭示了互花米草入侵對濕地土壤碳氮磷及其生態化學計量特征的影響，Zhang等研究了葉片碳氮磷化學計量的區域格局及其影響變量。以上研究為進一步了解濕地土壤碳氮磷的空間分布特征和生態化學計量特征奠定了研究基礎，但是圍繞查干湖鹽堿濕地土壤開展的此類研究尚少見。為此，本研究選取該區域優勢植物水稗、蘆葦、蘆葦+苔蘚、蘆葦+香蒲和堿蓬覆蓋下的土壤為研究對象，探究土壤碳、氮、磷含量及其生態化學計量特征，分析土壤養分與其生態化學計量比之間的相關性，明晰不同類型植被和不同土層土壤C、N、P化學計量特征及其主導影響因子，以期為查干湖濕地生態系統的恢復和管理提供理論參考。

1材料與方法

1.1研究區概況

松嫩平原是東北平原的最大組成部分，也是我國鹽堿濕地的集中分布區，鹽堿濕地面積約為57.8萬hm2。本研究區位于松嫩平原境內的查干湖自然保護區，屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明，年均降水量415.4 mm，年均蒸發量964mm。區域內廣泛分布堿蓬、蘆葦、香蒲等耐鹽性濕地植被。

1.2土壤樣本采集

根據查干湖鹽堿濕地土壤和覆蓋植被類型確定目標地塊，分別采集鹽堿濕地上覆蓋優勢植被堿蓬、水稗、蘆葦+香蒲（以下簡稱蘆蒲）、蘆葦和蘆葦+苔蘚（以下簡稱蘆苔）的土壤樣品。每塊樣地以2 mx2 m為一個樣方，共布置3個樣方。每個樣方采用“S”形取樣法分兩個土層（0-20 cm和20-40 cm）采集土樣。采集的土樣在實驗室內自然風干，除去可見的石塊及動植物殘體等雜質，用研缽充分碾碎后過0.25 mm篩，裝入透明試驗袋后標記、密封備用。土壤樣地植被類型見表1。

1.3測定指標及方法

土壤有機碳（SOC）含量采用重鉻酸鉀法外加熱法測定，全磷（TP）含量采用鉬銻抗比色法測定，全氮（TN）含量采用凱氏定氮法測定。

1.4數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22軟件進行數據處理和制圖。土壤碳、氮、磷含量及其生態化學計量學指標（C/N、C/P、N/P）通過單因素方差分析（one-way ANOVA）的LSD法進行顯著性檢驗；土壤碳、氮、磷含量及植被類型與生態化學計量學指標的相關性分析采用Pearson相關分析法。

2結果與分析

2.1不同類型植被覆蓋下鹽堿濕地土壤碳、氮、磷含量的分布特征

由圖1看出，同一土層，不同類型植被覆蓋的土壤有機碳、全氮、全磷含量大多差異顯著：在垂直方向上，不同植被覆蓋下土壤有機碳、全氮、全磷含量均表現為表層（0-20 cm）顯著高于深層（20-40 cm）。

在0-20 cm土層，不同類型植被覆蓋下土壤有機碳含量表現為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔，其中，蘆葦覆蓋下土壤有機碳含量顯著高于其他植被覆蓋處理，較蘆蒲和蘆苔覆蓋處理分別高出6.1倍和8.3倍：土壤全氮含量表現為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆葦gt;蘆苔gt;水稗，其中堿蓬和蘆蒲覆蓋下土壤全氮含量顯著高于其他處理，分別較水稗覆蓋處理高出1.5倍和1.4倍，其他處理間差異不顯著：土壤全磷含量表現為水稗gt;蘆葦gt;蘆苔gt;堿蓬gt;蘆蒲，水稗覆蓋下土壤全磷含量顯著高于其他植被覆蓋處理，較堿蓬和蘆蒲覆蓋處理分別高出74.4％和1.1倍。

在20-40 cm土層，5種類型植被覆蓋的土壤有機碳含量表現為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔，蘆葦覆蓋土壤有機碳含量較蘆蒲和蘆苔覆蓋處理分別高出4.5倍和23.6倍：各植被覆蓋下土壤全氮含量為0.002-0.005 g·kg-1，其中蘆苔、堿蓬和蘆葦覆蓋下土壤全氮含量略高于水稗和蘆蒲覆蓋土壤，但處理間差異均不顯著：土壤全磷含量在0.012-0.026 g·kg-1之間，表現為水稗gt;蘆葦gt;蘆苔gt;堿蓬gt;蘆蒲，不同類處理間差異大多達顯著水平。

綜上表明，不同類型植被覆蓋對鹽堿濕地土壤SOC、TP含量和表層土壤TN含量影響較大，對深層土壤TN含量影響較小。

2.2不同類型植被覆蓋下鹽堿濕地土壤生態化學計量特征

由圖2看出，在0-20 cm土層，5種類型植被覆蓋下土壤C/N值在183.34-2 066.08之間，表現為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆苔gt;蘆蒲，其中蘆葦和水稗覆蓋處理間差異不顯著，但二者顯著高于其他處理，蘆葦覆蓋下土壤C/N值較堿蓬、蘆苔和蘆蒲覆蓋下分別高出2.8、7.3倍和10.3倍；土壤C/P值為57.99-482.73，蘆葦和堿蓬覆蓋下土壤C/P值顯著高于其他處理，分別較蘆苔覆蓋處理高出7.3倍和6.6倍，蘆蒲和蘆苔覆蓋處理間差異不顯著：土壤N/P值為0.13-0.85，表現為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔gt;蘆葦gt;水稗，堿蓬和蘆蒲覆蓋處理顯著高于其他處理，分別較水稗覆蓋處理高出5.4倍和4.1倍，其他處理之間差異不顯著。

在20-40 cm土層，5種類型植被覆蓋下土壤C/N值為83.34-2 265.20，除蘆苔、水稗覆蓋處理顯著低于表層土壤，其他植被覆蓋處理均顯著高于表層土壤，其中蘆葦覆蓋土壤C/N值最大，其次是水稗覆蓋處理，蘆苔覆蓋下土壤C/N值最小，僅為蘆葦覆蓋處理的3.7％；土壤C/P值范圍在17.77-437.22，表現為蘆葦gt;堿蓬gt;水稗gt;蘆蒲gt;蘆苔，處理間差異大多達顯著水平；土壤N/P值表現為堿蓬覆蓋處理最大，為0.25，水稗覆蓋處理最小，為0.13，二者差異顯著，但與其他處理間無顯著差異。

2.3不同類型植被覆蓋下土壤碳氨磷含量及生態化學計量特征的相關性分析

不同類型植被覆蓋下土壤碳、氮、磷含量及生態化學計量比的相關性分析（圖3）表明，0-20cm土層（圖3A），N/P與TN含量呈極顯著正相關，與TP含量呈極顯著負相關，與C/N呈顯著負相關；C/P與soc含量呈極顯著正相關，與C/N呈顯著正相關；C/N與TN含量呈顯著負相關，與TP和SOC含量呈極顯著正相關；TP含量與TN含量呈極顯著負相關。20～40 cm土層（圖3B），N/P與TN含量呈極顯著正相關；C/P值與SOC含量和C/N呈極顯著正相關；C/N與SOC含量呈極顯著正相關：植被類型與TN含量呈顯著負相關。

3討論

3.1土壤碳氮磷含量變化對植被覆蓋的響應

C、N、P作為土壤營養元素，對土壤肥力、植物生長發育以及物質循環過程都有影響，其含量高低及其化學計量比一定程度上反映植物的生長狀況。本研究發現，5種植被覆蓋下查干湖鹽堿濕地土壤SOC、TN、TP含量呈現表層土壤高于深層，這與前人研究結果一致。表層土壤不僅含有大量的腐殖質，而且是植物根系分布集中層，植物根系分泌物能夠向土壤輸入有機質，Lei等研究指出，根系分泌物調節植物根際土壤的碳輸入和外排，維持整個生態系統的碳養分平衡。研究區以耐鹽的草本植物占主導，植物根系主要集中在0-20 cm土層，有機物質在該層被轉化分解吸收，形成的土壤有機碳較多。土壤中的氮主要來源于枯枝落葉和動物殘體，生物固氮和大氣也有少量補給，因此氮素主要分布于生物活性較強的0-20 cm土層。相關性分析表明，0-20 cm土層中，土壤TN含量和1P含量呈極顯著負相關，氮的輸入促進無機磷溶解釋放，并轉化為有效態和可溶態無機磷，加速土壤磷的釋放和有效磷養分吸收，使磷含量降低。不同類型植被覆蓋對表層土壤TN含量影響較大，而對深層土壤TN含量的影響較小。這可能由于不同的植被類型對土壤氮礦化速率有顯著差異，而深層土壤由于距離植被較遠，受到植被覆蓋類型的影響較小。

胡聰等研究發現，土壤養分隨著濕地植被類型改變呈現不同的特征。本研究發現，不同植被類型對各土層土壤SOC含量的影響表現為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔。蘆葦覆蓋土壤SOC含量最高，這是由于蘆葦長期生活在水分飽和條件下，高水分使其土壤有機碳儲量上升，且電導率高抑制部分微生物呼吸作用，降低碳損耗。蘆苔覆蓋土壤SOC含量低，這主要是因為苔蘚植被生物量少導致其SOC含量低。土壤TN含量可以反映土壤氮素的供應狀況，同時也能衡量土壤肥力，直接影響濕地生態系統的植被狀況。不同植被覆蓋下表層土壤TN含量表現為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆葦gt;蘆苔gt;水稗，這可能由于濕地植被所處地理環境及植物凋落物含氮量不同，導致土壤TN含量產生差異。各土層土壤TP含量表現為水稗gt;蘆葦gt;蘆苔gt;堿蓬gt;蘆蒲。土壤TP含量高低大多依賴于土壤成土母質和成土的作用，土壤TP含量有差異可能是不同植被類型含磷量有差異所致。

3.2土壤碳氮磷生態化學計量影響因素分析

土壤C/N的變化不僅反映土壤有機質的礦化狀況，而且能夠預測土壤有機質和植物殘體的分解速率，其值越低對應較高的分解速率。本研究表明，蘆葦覆蓋的土壤C/N值最高，表明土壤中凋落物的分解速率最低，對殘枝落葉的利用率較差。此外，在蘆葦生長旺盛期，對氮的利用率相對較高也可能是C/N值高的原因之一。

土壤C/P反映土壤磷的礦化能力，其值越小，磷在土壤中的利用率越高。本研究發現，不同類型植被覆蓋土壤C/P值表現為蘆葦gt;堿蓬gt;水稗gt;蘆蒲gt;蘆苔，這可能因為蘆葦為優勢植被，凋落物生物量大，導致土壤有機碳含量高，土壤磷素含量較低，因此C/P值較高。

土壤N/P反映植物養分受限情況，氮和磷元素被廣泛認為是各種環境條件下植物覆蓋的限制性營養元素。本研究發現，不同植被覆蓋的土壤N/P值表現為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔gt;蘆葦gt;水稗。相關性分析表明，影響土壤N/P的關鍵因素是土壤的TN含量，相對較高的N/P值表明植被生長受到磷限制。

4結論

綜上表明，查干湖鹽堿濕地5種主要植被類型覆蓋下的土壤養分和化學計量特征存在差異性，蘆葦覆蓋的土壤有機碳含量較高，堿蓬覆蓋土壤中全氮含量較高，水稗覆蓋土壤中全磷含量較高。化學計量分析發現蘆葦覆蓋的土壤C/N和C/P值高于其他植被覆蓋，表明蘆葦植被是鹽堿濕地的優勢植被，在鹽堿濕地生態修復及固碳方面具有一定潛力。