黃河下游河岸帶濕地優勢植物群落土壤有機碳分布特征

中圖分類號：S154.1；TV882.1 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.08.022引用格式：，，，等.黃河下游河岸帶濕地優勢植物群落土壤有機碳分布特征[J].人民黃河，2025，47（8）：134-139.

Distribution Characteristics and Influencing Factors of Soil Organic Carbon in Dominant Plant Communities in the Riparian Wetland of the Lower Yellow River

WANG Chaoping1，GUO Erhui2， ZHANG Yan3， ZHANG Yi3，LIU Yang4 （1.Henan Rural Social Development Service Center， Zhengzhou 45oo03，China; 2.College of Forestry of Henan Agricultural University， Zhengzhou 45OO46，China; 3.Henan Soil and Water Conservation Monitoring Central Station， Zhengzhou 45Ooo8， China; 4.Henan Branch，China South-to-North Water Diversion MiddleRoute Corporation Limited，Zhengzhou45O018，China）

Abstract：Theanvgeationerisaniterlocigaquaticadteestralosym，ichplysanimpantoleinsolabons questration.SoilsamplesrecolctedfrofiveplantcommunitissuchasImperatacylidca，Artemisiaargiamarixcisis，C odondactylonandAlopecurusaequalisintheriparianzoneofthelowerYelowRiver.Thesoilorganiccarbon（SOC）ofthesampleswere measuredadalelaoalisipalmpotalis，aregssndlresioalyssd analyzethecoelationtweensoilSOcontentisoilysicomicalpropertis，ndthimporantfactosfetigslanicrbo contentwereexplorediniparanzones.TeresultssowthattesoilSOCcontentwasdiferentinvegetationtypes，ndtherangeofvariation is ，the mean value is 1.91 g/kg . The soil SOC content of Cynodon dactylon and Alopecurus aequalis at _0-30 cm each soilayerissigicantlygerthanatofIpeatacldricaAemisiariandTamariinensiseslOcotentiniarn zonispositielyelatedithetoflwateotet，lavbles，lblespusvlableo clayandsilt，issignificantlyegativelyoelatedwithsoilsadcontetItcanbeseenthatsilbuldensity，soiloistureontet，oil available potassium and available nitrogen contribute 92.3% to the variation of _0-30 cm soil organic carbon content.

Key Words：riparian zone；plant community；soil organic carbon；lower Yellow River

王壤有機碳（SOC）是土壤有機質的重要組成部分，具有改善土壤物理性質和土壤質量，減少土壤養分流失，增加土壤有效養分含量，維持濕地生態系統功能等重要作用[1-2]。土壤有機碳對含水率、溫度、營養狀況和微生物活性等環境變化高度敏感，同時受土壤母質、地下水等自然條件變化以及人類活動的影響[3]

濕地是重要的陸地生態系統，是水陸系統相互作用形成的獨特生態系統[4]。濕地僅占陸地表面積的5%～8% ，卻儲存著世界上 20%～30% 的土壤有機碳，是土壤有機碳源/匯轉換的重要場所[5]。訾園園等[6]對膠州灣濱海濕地的研究表明，不同濕地類型土壤有機碳含量表現為大米草濕地 gt; 光灘濕地 gt; 堿蓬濕地 gt; 蘆葦濕地，變化范圍為 6.33～13.03g/kg 。吳琴等[]研究鄱陽湖典型濕地發現，苔草植物群落土壤有機碳含量最高。黃昕琦等[8]通過研究內蒙古烏梁素海濕地發現，人工蘆葦區、明水區和湖中蘆葦區總有機碳含量隨土壤深度增加而減少。張智博等研究東平湖濕地表明，不同區域土壤有機碳含量表現為蘆葦區 gt; 養殖區 gt; 范草區 gt; 混生區，變化范圍為 2.29～57.91g/kg 李瑾璞等[10]研究白洋淀濕地發現，不同植被類型土壤有機碳含量表現為淹水蘆葦 gt; 臺田蘆葦 gt; 水田 gt; 落葉闊葉林 gt; 常綠針葉林 gt; 旱地 gt; 喬木園地，表層土壤有機碳含量變化范圍為8.53～17.70g/kg。

河岸帶濕地是水生和陸地生態系統之間物質、能量和信息傳遞的重要過渡帶，具有凈化水質、控制面源污染、調節氣候、碳固定等重要生態系統服務功能[1l-12]。近年來受氣候變化、小浪底水利樞紐工程建設、農業開發等自然環境和人類活動影響，黃河下游土壤濕度、酸堿度和植被類型急劇變化，河岸帶呈現農田、裸地與林草鑲嵌的空間布局[13]。目前關于黃河下游河岸帶的研究主要集中在植物群落結構與生態系統服務方面，對土壤有機碳含量分布及其影響因素的研究較少。鑒于此，本文以鄭州黃河濕地自然保護區為研究區，分析比較河岸帶5種優勢植物群落的土壤有機碳含量差異，探討土壤理化性質對土壤有機碳含量的影響，旨在為黃河下游河岸帶生態系統固碳和植物群落生態恢復提供科學依據。

1研究區概況、材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于河南鄭州黃河濕地自然保護區，是黃河下游長期沖刷形成的灘涂濕地。保護區全長158.5km ，總面積 37441.4hm² 。保護區內有豐富的野生動植物資源，是我國三大候鳥遷徙通道中線的中心區域。該區域氣候屬溫帶季風氣候區，年均氣溫為 15.6^°C ，多年平均降水量為 542.15mm ，四季分明，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。光、熱、水資源比較豐富，氣候溫和，雨熱同期。研究區受人為干擾程度較輕，優勢種為艾蒿、白茅、檉柳、狗牙根、看麥娘，生長狀況良好，分布面積較大。

1.2 樣品采集

2022年10月，在研究區內進行實地調查后，在垂直河流約 30m 設置平行于河流樣帶，分別在艾蒿、白茅、怪柳、狗牙根、看麥娘5種典型優勢植物群落內設置 10m×10m 標準樣地，并在樣地內按對角線設置3個 1m×1m 的小樣方。在每個小樣方四角與中心采用土鉆法，按 0～10cm.10～20cm.20～30cm 分層采集土壤樣品，土壤樣品采集后帶回實驗室自然風干，過篩后測定土壤 pH 值和土壤有機碳、土壤速效鉀、土壤速效磷、土壤堿解氮含量等指標。同時采用環刀法取樣，用于測定土壤容重與土壤含水率。采樣同時記錄樣地海拔、植物種名、蓋度等信息，見表1。

表1研究區樣地概況

Tab.1Overview of Sample Plotsin the Study Area

1.3 樣品測定與數據處理

土壤有機碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤容重采用環刀法測定，土壤含水率含量采用烘干法測定，土壤粒徑采用Mastersizer3000激光粒度儀測定，土壤 pH 值采用電位法測定，土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定，土壤速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定，土壤速效鉀含量采用NH₄OAc 浸提-火焰光度法測定。土壤有機碳密度參考李瑾璞等[10]的計算方法：

S_socpi=C_iP_iH_i×10^-2

式中： S_socDi 為第 i 層土壤有機碳密度， C_i 為第 i 層土壤有機碳含量， P_i 為第 i 層土壤容重， H_i 為剖面深度， 10^-2 為單位轉換系數。

用Excel2019和SPSS25.0軟件進行數據統計和分析，采用單因素方差分析法分析不同植物群落土壤有機碳含量的顯著性差異，采用Pearson相關分析法分析土壤有機碳含量與土壤理化性質的相關關系，采用主成分分析法對土壤理化指標進行分析，采用線性回歸關系分析土壤理化性質對土壤有機碳含量的影響。采用Origin2019軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1河岸帶不同優勢植物群落土壤有機碳含量分布

由圖1（圖中不同字母表示差異顯著，其中大寫字母表示同一優勢植物群落不同土層深度間具有顯著性差異，小寫字母表示同一土層深度不同優勢植物群落間具有顯著性差異）可知，研究區河岸帶濕地5種優勢植物群落各土層土壤有機碳含量為 0.25～6.73g/ kg ，均值為 1.91g/kg 。在 0～10cm 土層，看麥娘土壤有機碳含量最高，且顯著高于艾蒿、檉柳與白茅的，與狗牙根無顯著性差異。在 10～20cm.20～30cm 土層，狗牙根土壤有機碳含量最高，且均顯著高于白茅的。在0～30cm 王層，白茅土壤有機碳含量最低，且顯著低于狗牙根與看麥娘的。隨著土層深度的增加，白茅土壤有機碳含量先增加后減小，艾蒿、檉柳、狗牙根與看麥娘土壤有機碳含量逐漸減小，檉柳、狗牙根和看麥娘3種植物群落 0～10cm 土壤有機碳含量均顯著高于20～30cm的。

圖1不同植物群落各土層土壤有機碳含量

2.2 河岸帶不同優勢植物群落土壤有機碳密度分布

由圖2可知，不同優勢植物群落土壤有機碳密度存在差異，5種優勢植物群落 0～30cm 土壤有機碳密度為 3.78～98.84kg/m³ 。在 0～10cm.10～20cm.20～ 30cm 土層中，白茅土壤有機碳密度均顯著低于狗牙根、看麥娘的。從垂直分布來看， 10～20cm 土層狗牙根土壤有機碳密度最大， 0～10cm 土層看麥娘土壤有機碳密度最大。

圖2不同植物群落各土層土壤有機碳密度

Fig.2Soil Organic Carbon Density of Different Plant Communitiesin EachSoil Layer

2.3河岸帶不同優勢植物群落土壤理化性質

由表2（表中數據為算術平均值 ± 標準誤差）可知，0～30cm 土層狗牙根和看麥娘的土壤含水率以及土壤黏粒和粉粒含量均值顯著高于艾蒿、怪柳和白茅的，0～30cm 土層狗牙根和看麥娘的土壤砂粒含量均值則顯著低于艾蒿、檉柳和白茅的。在 0～30cm 土層，狗牙根、看麥娘的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量相對較高，而艾蒿、檉柳、白茅的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量較低，它們之間均無顯著性差異。 0～30cm 土層5種植物群落土壤容重均值無顯著性差異。

表2不同植物群落 0～30cm 土層土壤理化指標

Tab.2 SoilPhysicochemical Indicatorsof 0-30cm SoilLayerinDifferentPlantCommunities

注：不同小寫字母表示不同優勢植物群落間具有顯著性差異（概率 Plt;0.05 。

2.4河岸帶土壤有機碳含量影響因素

1）土壤有機碳含量與土壤理化指標相關性分析。

相關性分析結果見表3，無論是 0～30cm 土層，還是0～10cm.10～20cm 土層，土壤有機碳含量與土攘含水率、速效鉀含量、速效磷含量、堿解氮含量、黏粒含量、粉粒含量均為極顯著正相關關系，土壤有機碳含量與土壤砂粒含量為極顯著負相關關系，土壤有機碳含量與土壤容重無顯著相關性。

表3不同土層土壤有機碳含量與土壤理化指標相關系數

ab.3 Correlation Coeficient Between Soil OrganicCarbon and Soil Physicochemical Indicators in Different Soil I

注：*、**分別表示通過置信度為 95% 99% 的顯著性檢驗。

2）影響河岸帶土壤有機碳含量的主成分分析。為進一步研究影響河岸帶土壤有機碳含量的主要因子，通過主成分分析提取主成分，結果見表4。在 0～ 10cm，10～20cm，20～30cm，0～30cm 王層，主成分累積方差貢獻率分別為 82.257%.83.819%.87.692% 、

74.261% 。在第一主成分中， 0～10cm 土層土壤有機碳含量主要受土壤含水率、速效鉀含量、黏粒含量、砂粒含量等影響，方差貢獻率為 67.080% ： 10～20cm 和20～30cm 土層土壤有機碳含量主要受土壤速效鉀含量、黏粒含量、砂粒含量等影響，方差貢獻率分別為68.043%，58.071%;0～30cm 土層土壤有機碳含量主要受土壤黏粒含量、土壤堿解氮含量和土壤含水率等影響，方差貢獻率為 56.611% 。

表4影響土壤有機碳含量的主成分載荷矩陣及貢獻率

Tab.4Eigenvalues Matrix and Contribution Rateof the Main Components Afecting the Content of Soil Organic Carbon

3）河岸帶土壤有機碳含量與土壤理化指標線性回歸分析。通過多元線性回歸分析，量化土壤理化指標與土壤有機碳含量的相關關系，不同土層土壤有機碳含量線性回歸方程見表 5（S_Cl?S_AK?S_AP?S_AN?S_BD?S_WC 分別為土壤黏粒、速效鉀、速效磷、堿解氮含量、土壤容重、含水率， y 為土壤有機碳含量）。土壤黏粒含量、速效鉀含量和土壤容重能解釋河岸帶 0～10cm 土層土壤有機碳含量 85.6% 的變異；土壤黏粒、速效磷含量分別能解釋河岸帶 10～20cm.20～30cm 土層土壤有機碳含量 80.8% 、 66.7% 的變異;土壤速效鉀含量、堿解氮含量、容重、含水率對河岸帶 0～30cm 土層土壤有機碳含量變異貢獻率高達 92.3% 。

表5不同土層土壤有機碳含量線性回歸方程及參數

Tab.5Linear Regresson Equation and Parameters of Soil Organic Carbon Conten

注： F 為用于檢驗回歸模型顯著性的統計量， F 越大表示回歸模型的顯著性水平越高。

3討論

3.1 河岸帶不同優勢植物群落對土壤有機碳含量的影響

河岸帶不同優勢植物群落通過影響土壤有機碳輸入、輸出的數量和質量影響土壤有機碳含量及其分布[14]。5種優勢植物群落土壤有機碳含量均值為1.91g/kg，0～10cm 土層看麥娘土壤有機碳含量最高（6.73g/kg） ）、白茅土壤有機碳含量最低 （0.25g/kg） 。一方面研究區濕地植物群落以中生和旱生草本植物為主，根系較淺，植被生物量和枯落物歸還量相對較低[15]；另一方面小浪底水庫調水調沙使得河岸帶灘涂植物殘體及表層土壤因沖刷而流失，進而導致土壤有機碳的流失遷移。同時，河岸帶濕地的干濕交替造成土壤微生物呼吸作用強度提高，致使土壤有機碳分解速度加快[16] 。

河岸帶植物群落通過凋落物和根際分泌物影響濕地植被生產力，影響土壤結構和土壤理化性質，進而影響土壤有機碳含量及分布[17]。 0～30cm 各土層狗牙根、看麥娘土壤有機碳含量均顯著高于艾蒿、檉柳和白茅的，其原因可能是河岸帶不同優勢植物群落根系分布深度不同，從而對土壤有機碳的影響強度存在顯著差異[18]。 0～10cm 土層艾蒿、怪柳、狗牙根與看麥娘4種植物群落有機碳含量具有明顯表聚現象，原因是河岸帶表層土壤的植物枯落物及微生物豐富，有利于土壤有機碳的累積[19]。深層土壤植物根系少，水分含量較低，有利于土壤有機碳含量的分解[20]，因此艾蒿、檉柳、狗牙根與看麥娘土壤有機碳含量隨土層深度的增加而減小。 10～20cm 土層白茅土壤有機碳含量最大，其原因可能是白茅根系主要分布在 0～20cm 土層[21]

3.2土壤理化性質對土壤有機碳含量的影響

土壤有機碳含量不僅受植物群落類型、微生物活性等生物因素影響，而且受土壤容重、土壤含水率及其交互作用等非生物因素影響[22]。本文研究發現，土壤含水率與土壤有機碳含量為極顯著正相關關系，與劉冬等[23]的研究結果一致，原因是濕地缺氧潮濕會降低土壤氧化還原電位，進而限制土壤有機碳的分解[24] O研究區狗牙根、看麥娘土壤含水率較高，土壤微生物氧化分解能力較強，有機質分解快，有利于土壤有機碳的累積。另外，適宜的土壤水分可以促進植物進行光合作用[25]，增強了狗牙根、看麥娘植物群落的生物固碳作用。本研究發現，河岸帶 0～10cm.10～20cm 和 0～ 30cm 土層土壤含水率是影響土壤有機碳含量的關鍵因素，兩者為極顯著正相關關系，與張劍等[26]的研究結果一致。

土壤物理性質影響土壤結構和水源涵養能力，進而影響土壤有機碳的沉積和循環[27]。本文研究發現，王壤有機碳含量與土壤黏粒、粉粒含量為極顯著正相關關系，與土壤砂粒含量為極顯著負相關關系，與王麗梅等[28]、張華渝等[29]的研究結果一致。一方面，土壤中黏粒、粉粒含量高，可以增強土壤蓄水保水能力，提高土壤有效含水量，進而提高植被生產力[30]；另一方面，土壤粉粒、黏粒通過吸附有機碳形成穩定的有機一無機復合體，減緩土壤微生物的分解，降低土壤有機碳礦化，從而促進有機碳積累[31]。本研究中狗牙根、看麥娘土壤顆粒組成以黏粒和粉粒為主，狗牙根和看麥娘土壤有機碳含量較高，這也從側面證明了土壤粉粒、黏粒有利于土壤有機碳的累積。而艾蒿、檉柳和白茅土壤顆粒組成以砂粒為主，土壤顆粒較大，表面積較小，帶正電荷少，不易和土壤有機碳結合，且土壤通透性好，微生物易分解，有機碳含量相對較低

土壤養分可利用性決定了濕地養分狀況，從而影響植物群落的生產力和固碳潛力。本文研究表明，土壤有機碳含量與 0～10cm.10～20cm.20～30cm 土層土壤速效磷、速效鉀、堿解氮含量為極顯著正相關關系，表明河岸帶速效養分可以促進植物群落生長，進而提升土壤有機碳含量，與李若瑋等[3的研究結果一致。在 0～30cm 土層中，土壤有機碳含量與土壤速效鉀、堿解氮含量及土壤容重和含水率擬合確定系數 R² 最高（0.923），說明研究區土壤有機碳分布是受多種因素綜合影響的結果。

4結論

研究區河岸帶濕地各土層土壤有機碳含量為0.25～6.73g/kg ，均值為 1.91g/kg 。在 0～30cm 土層，5種優勢植物群落土壤有機碳平均含量大小排序為狗牙根 gt; 看麥娘 gt; 怪柳 gt; 艾蒿 gt; 白茅。黃河下游河岸帶濕地土壤有機碳含量與土壤含水率和速效鉀、速效磷、堿解氮、黏粒、粉粒含量均為極顯著正相關關系，與土壤砂粒含量為極顯著負相關關系，與土壤容重無顯著相關性。黃河下游河岸帶濕地土壤水分和速效養分供給能力顯著影響生態系統固碳潛力。在 0～30cm 土層，土壤堿解氮、速效鉀含量及土壤容重、含水率是影響土壤有機碳含量的關鍵影響因素，變異貢獻率高達92.3% 。

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【責任編輯 呂艷梅】