王翊婷 臧淑英

摘要 分析了吉林省莫莫格濕地區(qū)域7種不同生境表層土壤（0～20 cm）樣本pH和養(yǎng)分情況。結(jié)果表明，不同生境土壤pH和養(yǎng)分情況有明顯差異。研究區(qū)土壤均為堿性土壤，pH在楊樹次生林生境和玉米農(nóng)田生境處于相對(duì)較低水平，分別為7.99±0.12和8.14±0.19。在不同生境中，裸露地表土（無植被覆蓋）的有機(jī)碳和全鉀含量最高，裸露堿斑地全氮含量最高，玉米農(nóng)田生境銨態(tài)氮含量最高，楊樹次生林生境硝態(tài)氮含量最高，羊草草甸生境全磷含量最高，蘆葦生境速效鉀含量最高。土壤各項(xiàng)指標(biāo)間土壤pH與土壤全氮、全鉀和速效鉀含量具有相關(guān)性。

關(guān)鍵詞 莫莫格濕地;pH;土壤養(yǎng)分;相關(guān)性分析

中圖分類號(hào) S158? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）05-0135-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.034

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

The pH Distribution and Soil Nutrient Characteristic at Different Habitats—A Case Study of? Momoge Wetland

WANG Yi-ting，ZANG Shu-ying

（Heilongjiang Key Laboratory of Geographical Environment Monitoring and Spatial Information Service in Cold? Regions， Harbin Normal University， Harbin， Heilongjiang 150025）

Abstract pH values and nutrients of topsoil samples （0-20 cm） from seven different habitats were analyzed in Momoge Wetland， Jilin Province.The results indicated that there were significant differences in soil pH and nutrients in different habitats.The soils in the study area were all alkaline soils， and the pH values were relatively low in the poplar secondary forest and maize field， which were 7.99±0.12 and 8.14±0.19.In different habitats， TOC contents and TK contents in bare surface soil （no vegetation cover） were the highest，TN contents in exposed alkali patch were the highest， the contents of ammonium nitrogen were the highest in maize field habitat， the contents of nitrate nitrogen were the highest in poplar secondary forest habitat， the TP contents were the highest in Leymus chinensis meadow habitat， and the AK contents were the highest in reed habitat.Soil pH value was correlated with TN content， TK content and AK content.

Key words Momoge wetland;pH;Soil nutrient;Correlation analysis

基金項(xiàng)目 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0500404-6）。

作者簡(jiǎn)介 王翊婷（1997—），女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向：鹽堿修復(fù)。*通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事凍土退化研究。

收稿日期 2021-05-02

濕地是由水分、土壤、空氣、生物等組分共同構(gòu)成的獨(dú)特復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，具體可表現(xiàn)為在水陸相互作用下而形成的特殊自然綜合體，在生物多樣性和生態(tài)功能層面具有最高地位的生態(tài)系統(tǒng)[1]。近年來，濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，發(fā)生了濕地面積銳減、景觀類型改變、生物多樣性減少等一系列不同程度的濕地退化現(xiàn)象。

我國(guó)對(duì)濕地的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展比較迅速，目前在濕地退化各個(gè)研究領(lǐng)域均有涉獵，熱點(diǎn)研究區(qū)域主要包括四川若爾蓋高原濕地、黃河三角洲濕地、青海三江源濕地、遼河三角洲濕地以及太湖、洞庭湖、白洋淀等湖泊濕地。研究?jī)?nèi)容主要包括對(duì)濕地生物多樣性的評(píng)價(jià)及其保護(hù)措施的探討，濕地現(xiàn)狀及存在問題的分析，濕地退化機(jī)理和濕地生態(tài)功能的評(píng)價(jià)等方面。然而關(guān)于內(nèi)陸鹽堿濕地退化的研究目前鮮見報(bào)道[2-5]。內(nèi)陸鹽堿濕地指的是分布于干旱、半干旱及半干旱和亞濕潤(rùn)過渡區(qū)，構(gòu)成獨(dú)特的內(nèi)陸鹽堿濕地生態(tài)系統(tǒng)的地理綜合體。具體表現(xiàn)為具有地表過濕或深度一般小于3 m的淺積水環(huán)境，發(fā)育有鹽堿土壤和鹽生生物群落。作為濕地系統(tǒng)的重要組成部分之一，內(nèi)陸鹽堿濕地既具有濕地的共性，又具有自身獨(dú)特的屬性[6]。

莫莫格國(guó)家級(jí)濕地保護(hù)區(qū)是我國(guó)典型的內(nèi)陸鹽堿濕地，在阻止松嫩平原西部鹽堿荒漠化的生態(tài)屏障層面具有重要的生態(tài)價(jià)值[7]。深入研究?jī)?nèi)陸鹽堿濕地不同生境濕地土壤養(yǎng)分特征，探究濕地退化對(duì)土壤性質(zhì)的影響，為莫莫格地區(qū)退化濕地恢復(fù)和合理利用提供理論依據(jù)和參考經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)揭示內(nèi)陸鹽堿濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物化學(xué)過程及其生態(tài)效應(yīng)具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

莫莫格濕地位于吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)，面積約為14.4萬hm2。區(qū)內(nèi)平均海拔為142 m，地勢(shì)呈西北高、東南低的特點(diǎn)。氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。雨量在各季節(jié)分配懸殊，年均降水量為 392 mm。該濕地的水文情況主要受嫩江、二龍濤河、洮兒河和呼爾達(dá)河4條河流的影響。莫莫格濕地具有豐富的植物資源，初步統(tǒng)計(jì)共有600多種，分屬77科，其中，濕地高等植物占29科42屬54種[8]。

1.2 樣地設(shè)置與調(diào)查

2019年8月下旬，通過野外實(shí)地踏查和調(diào)研，根據(jù)采樣的代表性和可行性原則，在研究區(qū)選取7個(gè)典型的濕地生境采樣，分別為楊樹次生林生境（Ⅰ）、堿蓬草甸生境（Ⅱ）、羊草草甸生境（Ⅲ）、蘆葦生境（Ⅳ）、玉米農(nóng)田生境（Ⅴ）、裸露堿斑地（Ⅵ）、裸露地表土（無植被覆蓋）（Ⅶ）。分別在所選的各樣地內(nèi)，選取3個(gè)50 cm×50 cm 的樣方，按“S”型采集表層（0～20 cm）土壤樣品，除去礫石、樹根等雜物用滅菌自封袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

各指標(biāo)測(cè)定方法見表1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010及SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析，通過Origin 2018進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生境土壤pH分布特征

pH是土壤的一項(xiàng)重要化

學(xué)性質(zhì)，它直接影響土壤中各種養(yǎng)分元素的存在形態(tài)和對(duì)植物的有效性[9]。7種生境土壤pH>7，為堿性土壤，符合我國(guó)東北地區(qū)松嫩平原蘇打鹽堿土pH特征。7種不同生境類型之間土壤pH差異顯著（P<0.05），為7.99～9.67，其中，楊樹次生林生境pH最小為7.99±0.12，無植被覆蓋裸露地表土pH最高為9.67±0.23。灌木和喬木林的生長(zhǎng)會(huì)吸收土壤中更多的陽離子，釋放更多的H+，中和土壤中的OH-，從而降低土壤pH，使楊樹次生林生境土壤的pH較低。玉米農(nóng)田生境、蘆葦生境、羊草草甸生境等有植被覆蓋的生境相交于無植被覆蓋的鹽堿土壤pH較低。說明pH較低的土壤更適合植被的生長(zhǎng)及作物的種植。

2.2 不同生境土壤化學(xué)性質(zhì)差異

從圖1可以看出，在不同生境下，土壤有機(jī)碳含量有顯著差異（P<0.05）。在7種不同生境下，有機(jī)碳含量分布情況：蘆葦生境（17.55±0.53 g/kg）>無植被覆蓋裸露地表土（16.92±1.08 g/kg）>玉米農(nóng)田生境（12.71±1.33 g/kg）> 裸露堿斑地（12.24±1.05 g/kg）>楊樹次生林生境（12.11±1.02 g/kg）>堿蓬草甸生境（11.11±0.84 g/kg）>羊草草甸生境（8.04±0.79 g/kg）;7種不同生境土壤全氮含量大部分存在顯著差異（P<0.05），不同生境土壤全氮含量分布：除楊樹次生林生境與羊草草甸生境的全氮含量無顯著差異外，其余5種生境土壤全氮含量均存在顯著差異，其中含量最高是裸露堿斑地（5.68±0.06 g/kg），最低為無植被覆蓋裸露地表土（0.09±0.04 g/kg）。7種不同生境土壤銨態(tài)氮含量是10.35～14.71 mg/kg，其中羊草草甸生境最低（10.35±0.90 mg/kg），玉米農(nóng)田生境最高（14.71±0.57 mg/kg）。7種不同生境土壤硝態(tài)氮含量為0.35～65.10 mg/kg，其中堿蓬草甸生境最低（0.35±0.12 mg/kg），楊樹次生林生境最高（65.10±1.05 mg/kg）。不同生境下土壤全磷含量差異顯著（P<0.05），其中全磷含量最高的是羊草草甸生境，為（3.52±0.49） g/kg，最低的是裸露堿斑地，為（0.22±0.02）g/kg;不同生境中表層土壤全鉀和速效鉀含量均差異顯著（P<0.05）。其中，土壤全鉀含量最高的是裸露地表土（無植被覆蓋），為（16.30±0.56）g/kg，楊樹次生林生境全鉀含量最低，為（8.32±0.63）g/kg。不同生境土壤速效鉀含量為2.24～5.88 mg/kg，其中楊樹次生林生境速效鉀含量最低，為（2.24±0.12）mg/kg，蘆葦生境速效鉀含量最高，達(dá)（5.88±0.30）mg/kg。

2.3 不同生境土壤化學(xué)性質(zhì)變異特征

研究區(qū)內(nèi)不同生境表層土壤化學(xué)性質(zhì)含量特征見表2。由表2可知，pH的變異系數(shù)為1.53%～3.37%，為低等變異。7種不同生境土壤有機(jī)碳含量的變異系數(shù)為3.01%～10.44%，表現(xiàn)出低等變異;全氮的變異系數(shù)為1.01%～40.14%，其中裸露地表土（無植被覆蓋）為中等變異，其余6種生境表現(xiàn)為低等變異;銨態(tài)氮含量的變異系數(shù)為3.88%～8.74%，為低等變異;硝態(tài)氮含量的變異系數(shù)為1.62%～35.59%，其中楊樹次生林生境和裸露地表土（無植被覆蓋）表現(xiàn)為低等變異，其余5種生境為中等變異;全磷的變異系數(shù)為4.13%～13.79%，為低等變異;全鉀的變異系數(shù)為2.74%～7.54%，為低等變異;速效鉀的變異系數(shù)為2.61%～5.16%，為低等變異。

2.4 不同生境土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征

由表3可知，7種不同生境中，除裸露堿斑地土壤的C/N和N/P表現(xiàn)出不同程度的中等變異水平外，其余6種生境土壤C/N、C/P和N/P以及裸露堿斑地C/P均表現(xiàn)為較低的變異水平。而在0～20 cm表層土壤中，裸露堿斑地C/N與其他生境土壤存在顯著差異，玉米農(nóng)田生境N/P與其他生境土壤存在顯著差異。

2.5 不同生境土壤綜合評(píng)價(jià)

將7種不同生境土壤的pH、有機(jī)碳、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、全鉀和速效鉀含量8個(gè)因子（依次使用X 1，X 2，X 3，X 4，X 5，…，X 8），運(yùn)用相關(guān)性分析及主成分分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

由表4可知，土壤pH與土壤銨態(tài)氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），與土壤全鉀、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;土壤全氮含量與全磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）;土壤全鉀含量與硝態(tài)氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）;土壤速效鉀含量與土壤全鉀含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與硝態(tài)氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。

土壤多個(gè)指標(biāo)之間表現(xiàn)出顯著的相關(guān)關(guān)系，表明指標(biāo)間存在信息重疊。采取主成分分析對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分類整理。由表5可知，7種因子中有3種主成分貢獻(xiàn)率較大，分別為42.527%、20.216%、19.219%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.962%，說明前3個(gè)主成分代表了全部性狀81.962%的綜合信息，即前3個(gè)主成分可以反映該土壤指標(biāo)的主要信息。根據(jù)主成分計(jì)算公式，可得到3個(gè)主成分與原7項(xiàng)指標(biāo)的線性組合見式（1）～（3）：

F 1=0.458X 1+0.030X 2+0.289X 3-0.326X 4-0.374X 5-0.148X 6+0.461X 7+0.475X 8（1）

F 2=0.098X 1+0.323X 2+0.438X 3+0.356X 4+0.263X 5-0.697X 6-0.107X 7-0.043X 8（2）

F 3=0.066X 1+0.717X 2-0.375X 3+0.369X 4+0.065X 5+0.261X 6+0.283X 7+0.230X 8（3）

以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例（用）作為權(quán)重計(jì)算主成分綜合模型，如式（4）～（5）：

F=b jF jb=（b 1F 1+b b 1F 1+F 2+b 3F 3+…+b kF k）b

（4）

F=42.527F 1+20.216F 2+19.219F 381.962（5）

把標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)代入（1）～（3）式，可計(jì)算出7種生境分別在3個(gè)主成分上的得分。再依據(jù)主成分綜合得分模型（每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值與這些值占所提取主成分總特征值之和的比值）得到綜合得分F。分析得知，第1主成分為速效鉀、全鉀、pH、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮，第2主成分為土壤全磷、全氮，第3主成分為有機(jī)碳。7種生境中得分最高的是玉米農(nóng)田生境。

3 討論

土壤有機(jī)碳含量是對(duì)土壤進(jìn)行肥力評(píng)價(jià)時(shí)需要參考的重要指標(biāo)，不同生境、不同植被覆蓋會(huì)對(duì)土壤有機(jī)碳含量產(chǎn)生影響[10]。該研究中，7種生境土壤有機(jī)碳含量差異顯著（P<0.05）。蘆葦生境TOC含量顯著高于玉米農(nóng)田生境及其他生境，這是由于蘆葦長(zhǎng)期處于自然生長(zhǎng)狀態(tài)下，較少被人類活動(dòng)干預(yù)，蘆葦植物根系間微生物加速了土壤主要成分的分解活動(dòng)。而玉米農(nóng)田生境及無植被裸地人為活動(dòng)頻繁，影響了土壤結(jié)構(gòu)加速有機(jī)質(zhì)分解。楊樹次生林生境、堿蓬草甸生境與羊草草甸生境有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較低，可能是由于植被的生長(zhǎng)消耗了部分有機(jī)質(zhì)含量，這與秦川等[11]、尹煒等[12]研究結(jié)果一致。氮、磷元素作為土壤養(yǎng)分的重要組成部分，其含量可以說明不同生境對(duì)土壤質(zhì)量的影響。土壤氮素是植物吸收的大量元素之一，是土壤養(yǎng)分最重要的指標(biāo)[13]。研究區(qū)0～20 cm土壤中的全氮含量為0.09～5.68 g/kg，明顯偏低。研究表明，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是土壤中有效氮存在的主要形式，也是能被植物根系直接吸收的氮形態(tài)。在7種不同生境中，楊樹次生林生境在全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量上均表現(xiàn)出較高水平，這是因?yàn)闂顦渫ㄟ^其根系分泌物及地表植物殘?bào)w向土壤輸送氮元素，在其生長(zhǎng)發(fā)育過程中促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)。說明林地要比農(nóng)業(yè)用地和草地更利于養(yǎng)分的累積，這與劉帥楠等[14]、張帥等[15]研究結(jié)果較為一致。不同生境土壤中，羊草草甸生境全磷含量最高，裸露堿斑地全磷含量最低，主要原因是羊草草甸生境所處區(qū)域的人為干擾小，能夠構(gòu)成一個(gè)封閉的生態(tài)系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)物質(zhì)能量的自我循環(huán)利用，因而磷素含量較高;而裸露堿斑地會(huì)受到人為活動(dòng)的干擾以及pH影響，引起土壤磷素的減少，因而全磷含量最低，這與劉沛松等[16]的研究結(jié)果一致。土壤中的鉀元素是植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，其受耕作方式、成土條件等影響，是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。從土壤指標(biāo)相關(guān)性分析可以看出，不同生境土壤全鉀及速效鉀含量均與pH呈顯著正相關(guān)，說明該地區(qū)土壤鉀元素含量與土壤酸堿度密切相關(guān)。

研究表明，C、N、P元素會(huì)在植物與土壤之間發(fā)揮耦合作用，既會(huì)影響植物的生長(zhǎng)又會(huì)影響土壤養(yǎng)分含量[17]。該研究區(qū)內(nèi)，不同生境土壤養(yǎng)分貧瘠，各項(xiàng)指標(biāo)含量均為較低的水平。該研究區(qū)裸露堿斑地表現(xiàn)出較高的C/N，這是由于該生境氮元素相對(duì)匱乏，導(dǎo)致土壤C/N偏高。朱秋蓮[18]、杜滿義等[19]研究表明，較高的C/N 會(huì)限制土壤微生物活動(dòng)從而抑制有機(jī)質(zhì)分解速率。在土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量特征中C/P用來表征土壤磷礦化水平和反映土壤微生物對(duì)土壤中磷元素轉(zhuǎn)化能力的指標(biāo)[20]，而N/P是預(yù)測(cè)土壤養(yǎng)分限制類型的重要指標(biāo)之一[21]。該研究區(qū)內(nèi)，7種不同生境土壤C/P和N/P均處于較低水平，說明該研究區(qū)土壤中磷元素分解速率較快而氮元素相對(duì)匱乏。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)不同生境土壤pH為7.99～9.67，屬于堿性土壤，且土壤pH與土壤全氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），與土壤全鉀、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。

（2）研究區(qū)內(nèi)，7不同生境土壤養(yǎng)分間具有明顯差異，C/N、C/P和N/P普遍處于較低水平。

（3）速效鉀、全鉀、pH、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮為7種不同生境土壤養(yǎng)分的第1主成分，玉米農(nóng)田生境在主成分中得分最高。

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