孫萬(wàn)龍 ，孫志高 ，牟曉杰 ，王玲玲

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)(煙臺(tái))理工學(xué)院，山東煙臺(tái)264670;2.中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所濱海濕地生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，山東煙臺(tái)264003;3.廈門(mén)大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門(mén)361005;4.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100039)

土壤是植物的營(yíng)養(yǎng)庫(kù)之一，植物從土壤中獲得大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)滿(mǎn)足其生存需要，土壤養(yǎng)分含量變化受生態(tài)系統(tǒng)的水文過(guò)程、植被類(lèi)型、土壤理化性質(zhì)等多種因素的影響。濕地土壤的差異影響著濕地生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型和濕地植被群落的形成過(guò)程;同樣，濕地植被群落的變化也影響著濕地土壤空間上養(yǎng)分的分布差異。濕地土壤磷(P)和硫(S)等元素的時(shí)空分布特征不僅能反映濕地土壤結(jié)構(gòu)狀況和可利用水平，而且會(huì)影響濕地植被生長(zhǎng)，關(guān)系到濕地環(huán)境的形成和植被演替過(guò)程[3]。

黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是我國(guó)暖溫帶最完整、最廣闊、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)，其土壤形成時(shí)間相對(duì)較短。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)該區(qū)域濕地土壤營(yíng)養(yǎng)元素的分布規(guī)律已經(jīng)有了一定的研究，但多數(shù)集中在單一濕地類(lèi)型中營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中的空間分布特征[4]，研究多關(guān)注于單一植物群落的幾個(gè)樣地，而對(duì)自然狀態(tài)下不同植被群落下濕地土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量變化特征的研究尚少。為此，本研究對(duì)不同植被群落下濕地土壤P和S的垂直分布規(guī)律進(jìn)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(guī)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(yǎng)分循環(huán)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究樣地位于黃河三角洲腹地的典型濕地分布區(qū)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)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(fā)量1 962.1 mm，是降水量的3.6倍。該區(qū)域土壤形成時(shí)間相對(duì)較短，機(jī)械組成以粉沙為主，沙黏層次變化復(fù)雜。土壤質(zhì)地以輕壤土和中壤土為主，土壤類(lèi)型以潮土和鹽土為主。研究區(qū)淡水缺乏，地下水位較淺，水質(zhì)礦化度較高，土壤向積鹽方向發(fā)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(tài)系統(tǒng)方向演替，使系統(tǒng)的正向演替過(guò)程受到干擾，濕地植被群落演替頻繁，且逆向演替明顯[5]。區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平坦，自然坡降為1/8 000～1/12 000，生態(tài)格局時(shí)空變化迥異，濕地類(lèi)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(qū)布設(shè)與樣品采集

2008年，根據(jù)以往對(duì)黃河三角洲地區(qū)植物群落種類(lèi)研究的相關(guān)結(jié)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(dòng)的區(qū)域布設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn)，其植被類(lèi)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(jìn)行，即自海向陸生態(tài)系統(tǒng)依次由灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)由新淤地生態(tài)系統(tǒng)、重鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)向低鹽分生態(tài)系統(tǒng)方向演替。采樣時(shí)，分別在每個(gè)樣區(qū)內(nèi)采集3個(gè)典型土壤剖面，其中A—E群落土壤剖面深度為80 cm，F(xiàn)—I群落土壤剖面深度為60 cm，每10 cm為一層，然后對(duì)3個(gè)剖面樣品進(jìn)行等層次混合，共采集樣品64個(gè)。

2.2 樣品處理及測(cè)定

將采集的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后揀去石塊、植物殘根等雜物，用球磨機(jī)磨碎，過(guò)100目篩后裝袋待測(cè)。土壤樣品分析項(xiàng)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(cè)定，全硫測(cè)定采用比濁法[7]。

2.3 土壤磷、硫密度及儲(chǔ)量計(jì)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(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用SPSS 10.0和Origin 7.5等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、作圖以及基本統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)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(guī)律如圖1a所示。

土壤全磷含量沿植被演替方向的變化規(guī)律不明顯，不同群落土壤在30—40 cm土層全磷含量呈不規(guī)則“W”型變化，并于E群落出現(xiàn)一個(gè)峰值(743.695 mg/kg)，以此點(diǎn)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(zhì)的影響均較大有關(guān)[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(lèi)型和氣候條件的影響，同時(shí)也與該區(qū)域植物的生產(chǎn)力水平以及枯落物的分解程度的難易有關(guān)[9]。

不同植被群落土壤全硫空間分布見(jiàn)圖1b所示，土壤全硫含量受植被類(lèi)型影響顯著，分布規(guī)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?shù)戎参锷a(chǎn)力較高，產(chǎn)生的枯落物較多，且不易分解，形成大量有機(jī)質(zhì)積累。有機(jī)質(zhì)含量高，但腐殖化程度弱，分解度低，導(dǎo)致全硫養(yǎng)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(lèi)，處于嫌氣還原狀態(tài)，好氧微生物活動(dòng)受阻，凋落物分解緩慢，硫含量低于蘆葦區(qū)，但遠(yuǎn)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(diǎn)的植被類(lèi)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(shù);F檉樹(shù);G堿蓬—檉樹(shù);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(dòng)變化，但峰值所出現(xiàn)的土壤深度不同，A群落出現(xiàn)在40—50 cm土層，而B(niǎo)群落出現(xiàn)在35 cm附近，60 cm以下土層相對(duì)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(xiàn)較大波動(dòng)，總體而言，3個(gè)群落都是在上層土壤中波動(dòng)較大，50 cm土層以下P含量明顯減少;E，F(xiàn)群落土壤P含量的垂直分布特征較為相似，均呈單峰波動(dòng)變化，但峰值所出現(xiàn)的土層不同，E群落出現(xiàn)在35 cm土層附近，而F群落出現(xiàn)在10—20 cm土層，峰值過(guò)后，兩個(gè)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(xiàn)較大波動(dòng)。P含量如上分布的原因可能主要與成土母質(zhì)以及有機(jī)質(zhì)分布的空間異質(zhì)性有關(guān)。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(chǎn)力高低不同、不同枯落物分解難易程度不同等因素有關(guān)[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(dòng)較大，整體上均呈先降低，中部土層出現(xiàn)增加趨勢(shì)，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(shì)，不同的是，F(xiàn)群落和H群落土壤中S含量在20 cm以上呈遞減趨勢(shì)，20 cm以下呈遞增趨勢(shì)，規(guī)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(xiàn)較大波動(dòng)，并無(wú)明顯規(guī)律，但于50 cm以下呈明顯增加趨勢(shì)。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(jī)質(zhì)的分布[11]，據(jù)有關(guān)研究顯示，沿著植物群落演替方向，有機(jī)質(zhì)含量有隨著演替方向先逐漸降低后增加的趨勢(shì)，而表層土壤的有機(jī)質(zhì)一般含量豐富，所以其含量均較高，演替中后期有機(jī)質(zhì)垂直分布變異系數(shù)相對(duì)較大，S含量相應(yīng)出現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)，演替前期和演替后期深層土壤中S含量變化趨勢(shì)不同，其原因可能主要與成土母質(zhì)以及有機(jī)質(zhì)分布的空間異質(zhì)性有關(guān)。

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(huán)境土壤水分條件差異及其引起的不同質(zhì)地土層P，S的垂直淋失有關(guān)。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(jìn)而使得其在土壤剖面中的波動(dòng)變化明顯;而隨著植被群落的演替，水分條件產(chǎn)生變化，元素在土壤中垂直淋失的程度不同，表現(xiàn)出不同的波動(dòng)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(guò)程進(jìn)行程度的差異有關(guān)，其垂直變化是諸因素綜合作用的結(jié)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(shí)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(duì)變異系數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):CV＜10%屬于弱變異性;CV=10%～100%屬于中等變異性;CV＞100%屬于強(qiáng)變異性。據(jù)表1可知，全磷含量在演替初期(光灘無(wú)植被)較高，從堿蓬區(qū)開(kāi)始，全磷沿著演替方向呈增加趨勢(shì)，在演替中期含量達(dá)到最高，隨后呈減少趨勢(shì)，變異系數(shù)較小。黃河口濱岸潮灘土壤中全磷含量與長(zhǎng)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(guī)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(zhì)有關(guān)，其含量受土壤類(lèi)型和氣候條件的影響，受演替中植被群落結(jié)構(gòu)變化影響較弱，植被的生長(zhǎng)對(duì)其起消耗作用，因而其分布與有機(jī)質(zhì)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(guī)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(shì)。

光灘土壤硫含量較高的原因是該區(qū)域土壤長(zhǎng)時(shí)間處于淹水狀態(tài)，好氧微生物活動(dòng)受阻，有機(jī)質(zhì)分解緩慢導(dǎo)致全養(yǎng)分含量較高;全硫含量的分布主要與土壤中有機(jī)質(zhì)的分布有關(guān)，植被覆蓋區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于植物枯落物，根系并不充分參與有機(jī)質(zhì)的形成，演替初期生產(chǎn)力水平較低，枯落物可較為徹底的分解，且該區(qū)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(chǎn)力旺盛而分解不足導(dǎo)致全硫含量較高，隨著演替的進(jìn)行，土壤中微生物也隨之增加且土壤水鹽環(huán)境亦有所改善，從而土壤中全養(yǎng)分含量降低。由表1亦可知，S元素的變異性相對(duì)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(dǎo)因素差異有關(guān)，上層土壤中硫含量受外界環(huán)境條件、植物根系、水分條件以及化學(xué)過(guò)程等影響較為顯著，而下層土壤可能受土體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及成土母質(zhì)基礎(chǔ)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(chǔ)量

不同濕地植被群落下土壤中 0—80 cm(0—60 cm)土層P，S儲(chǔ)量及其分布狀況分別于表2和圖3所示。據(jù)此可知，不同植被群落下土壤中全磷儲(chǔ)量相差不大，A到 E群落土壤0—80 cm土層磷儲(chǔ)量在0.40～0.45 kg/m2之間變化，變異性很小，可以認(rèn)為儲(chǔ)量相近，F(xiàn)到I群落土壤0—60 cm土層磷儲(chǔ)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(chǔ)量(0.32～0.35 kg/m2)相差不大;同一植被群落下土壤各個(gè)土層中磷儲(chǔ)量在總儲(chǔ)量中所占的比例均在10%左右，同一樣點(diǎn)不同土層間磷儲(chǔ)量的變化不大。相對(duì)而言，不同植被群落下土壤中硫儲(chǔ)量的變化較為明顯，隨群落演替方向呈“S”型波動(dòng)變化，演替初期硫儲(chǔ)量較高(0.32 kg/m2，0—60 cm)，而后降低一定程度后開(kāi)始增加，到演替中期又到達(dá)一個(gè)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(dá)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(chǔ)量來(lái)看，各個(gè)土層中硫儲(chǔ)量相差不大。

圖3 不同土層元素儲(chǔ)量分布狀況

表2 不同濕地植被群落下土壤中TP，TS儲(chǔ)量 kg/m2

4 結(jié)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(wú)明顯的變化規(guī)律，變異系數(shù)較小;硫含量沿群落演替方向有較為明顯的變化規(guī)律。

(2)不同植被群落土壤中P和S元素的垂直分布特征規(guī)律不明顯，呈不規(guī)則波動(dòng)變化，分布主要受制于土壤有機(jī)質(zhì)的分布，有機(jī)質(zhì)含量高，分解度低的條件下，全量養(yǎng)分含量較高;相反，分解度高的土層全量養(yǎng)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(dòng)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(qū)域土壤不同土層的成土母質(zhì)差異不大有關(guān);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(dǎo)因素差異有關(guān)。

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