南甕河濕地保護區(qū)土壤有機碳、含水率和pH的變化分布

晏鳴霄 夏振清 王攀婷 孟瑤 于兵

摘要：本文對大興安嶺地區(qū)南甕河濕地保護區(qū)不同深度和海拔土壤的有機碳含量、含水率和pH進行了研究。結(jié)果表明：不同深度的土壤有機碳含量差異顯著，在O～ 10 cm土層顯著大于40～ 50 cm土層。土壤含水率在O～10 cm土層達到最大值，顯著大于其它四個土壤剖面，且在30 ～40 cm土層中含水量迭最低值88. 83%，但除表層外其它四個土壤剖面土壤含水率相差甚微。不同深度土壤pH值的結(jié)果相差不大，均在4～5之間變化，呈弱酸性。三者隨海拔高度的變化規(guī)律不明顯。

關(guān)鍵詞：南甕河濕地；土壤有機碳；含水率；pH；空間分布

中圖分類號：S153.6

文獻標識碼：A

文章編號：1001-O05X（2015）04-0022-04

濕地是由水陸相互作用而形成的自然綜合體，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一，是C0₂、CH₄等溫室氣體的“源”、“匯”和全球尺度上的氣候“穩(wěn)定器”，是地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生物地球化學過程十分復(fù)雜，各種物理、化學和生物過程共同控制著有機質(zhì)的賦存與轉(zhuǎn)化。濕地土壤有機碳氣候變化的一種敏感指示物，能用來指示對氣候變化的響應(yīng)。近年來，濕地碳儲量及其變化對全球氣候變化的影響一直是國內(nèi)外濕地研究的熱點。我國有關(guān)濕地碳數(shù)量、分布、行為及其動態(tài)變化特征的研究主要集中在東北三江平原、長江中下游濕地和青藏高原東部的若爾蓋高原，針對我國寒溫帶沼澤濕地的相關(guān)研究甚少，這在一定程度上影響了我國濕地碳的客觀性與準確性。

大興安嶺位于黑龍江省北部，地處北寒溫帶，沼澤濕地分布廣而集中，是我國寒溫帶泥炭沼澤濕地資源豐富地區(qū)之一，具有代表性。南甕河自然保護區(qū)沼澤濕地具有其特殊性，主要反映在與凍土共存方面，有凍土的地區(qū)就有濕地。目前我國關(guān)于凍土濕地碳循環(huán)的研究很少，因此，通過本文的研究闡明南甕河自然保護區(qū)沼澤濕地土壤有機碳的分布特征，揭示其特殊規(guī)律性，以便為準確估算我國東北森林碳匯提供數(shù)據(jù)支持，為客觀估算我國天然沼澤濕地碳儲量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)

研究區(qū)位于南甕河國家自然保護區(qū)內(nèi)，它是我國最大的寒溫帶森林濕地生態(tài)系統(tǒng)保護區(qū)，是大興安嶺地區(qū)濕地資源最集中、面積最大的區(qū)域。研究區(qū)位于伊勒呼里山南緣，地理坐標為北緯51°05'07"～ 51°39'24"，東經(jīng)125°07'55"～125°50'05"，總面積229523h㎡，海拔范圍一般為500～800m，最低海拔370m，最高海拔1044m。濕地類型包括森林濕地、草叢濕地、灌叢濕地、濕地島狀林（最典型的）、冰間湖濕地和湖泊濕地，兩個主要的濕地植被類型，是白樺林沼澤濕地和落葉松林沼澤濕地。保護區(qū)內(nèi)河流密布，溝壑縱橫，是嫩江水系一嫩江發(fā)源地，還有南陽河、南甕河、砍都河、沃陽河、二根河、依硒康等二十幾條河流匯人南甕河形成嫩江。主要的土壤類型是泥炭沼澤土、泥炭土和草甸沼澤土。保護區(qū)的氣候是一個寒溫半濕潤季風氣候，它的主要特點是漫長寒冷的冬季和短而多雨的夏季。年平均溫度為5℃，1月平均低于一30℃。平均年度極端最低溫度為-47.8℃。相反，7月平均溫度為23.6℃，年平均極端最高溫度為35.5℃。平均年總降水量大約是390～490mm，集中在7月和8月。年平均蒸發(fā)、日照時數(shù)、大雪天、風速分別為1120mm、2435h、145d和3m/s。

1.2 樣品采集及室內(nèi)分析

2013年8月，沿松嶺到南甕河自然保護區(qū)的路線，根據(jù)海拔高度設(shè)置5個濕地土壤采樣點，每個采樣點隨機挖取3個土壤剖面，分別采集0～10、10～20、30～40、40～50cm土壤樣品，共計75個土壤樣品。土壤樣品用鋁盒和土壤樣品袋裝好，供室內(nèi)分析。樣品袋內(nèi)土壤樣品在實驗室自然風干三個星期。從風干的土壤樣品中除去植被枯枝落葉、粗根材料和石塊等雜質(zhì)。每個土壤樣品混合均勻并研磨成粉末狀，過100目篩，用作測定土壤有機碳和pH值，土壤有機碳采用重鉻酸鉀氧化法測定。土壤pH值用pH分析儀（IQ35，美國）測定。土壤含水量用烘干法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 南甕河濕地保護區(qū)土壤有機碳等理化性質(zhì)的垂直分布

2.1.1 濕地土壤有機碳含量的垂直變化 從圖1可以看出，南甕河濕地保護區(qū)土壤有機碳碳含量隨土壤深度的增加逐漸降低，不同土壤深度土壤有機碳含量差異顯著，在0～10cm表層土壤顯著大于40～50cm底層含量，為1.32（±0.23）%，并在40～50cm土壤層次中達到最低值1.15（±0.20）%。

2.1.2 濕地土壤水分含量的垂直變化

如圖2所示，由于南甕河濕地保護區(qū)表層土壤疏松多孔，所以其持水能力在0～10cm中最好，土壤水分（MC）含量在0～10cm表層土壤中達到最大值169.27（±1.15）%，顯著大于10～20、20～30、30～40、40～50cm 4個土壤剖面，且在30～40cm土壤深度中水分含量達最低值88.83（±0.82）%，但除表層外其他四個土壤剖面土壤含水量相差甚微。這主要是因為下層土壤的水分來源主要是通過雨水從表層滲人底層貯存起來，或者通過地表徑流將地表水轉(zhuǎn)化到土壤底層。

2.1.3 濕地土壤pH值的垂直變化

從圖3可以看出，南翁河濕地不同深度土壤pH值的結(jié)果相差不大，不同層次的土壤pH值均在4～5之間變化，土壤呈弱酸性。且在底層40～50cm土壤深度pH達到最大值4.85（±0.44）。

2.2 南甕河濕地土壤有機碳等理化性質(zhì)隨海拔高度的變化

2.2.1 濕地土壤有機碳含量隨海拔高度的變化

如圖4所示，總體上土壤有機碳含量隨著海拔的上升而下降。隨著海拔的升高，不同深度土壤有機碳含量的差異在減少。深度較深處采集的土樣的有機碳含量隨著海拔的增加略有上升；其中10～20cm深度的土壤表現(xiàn)得較為明顯。

2.2.2 濕地土壤水分隨海拔高度的變化

如圖5所示，含水率在海拔410m處達到最高，之后含水率急劇下降，在441～530m之間較為穩(wěn)定，隨后在576m處又急劇升高?；旧虾０卧降停试礁摺Ｐ枰赋龅氖窃诤０?76m處采樣時正在下雨，所以導致含水率異常升高。

2.2.3 濕地土壤pH隨海拔高度的變化

總體上，各海拔濕地土壤的pH值差距不大，基本集中在4.5左右，土壤pH值普遍呈酸性。在每一海拔高度上，pH值存在一些差異，如圖6所示。

3 討論與結(jié)論

3.1 濕地土壤有機碳等垂直變化的原因

土壤有機碳含量的垂直分布趨勢大體上均為由表層向下逐漸減少。而有機碳含量在0～10cm土壤深度范圍內(nèi)集中分布并達到最大值。10～50cm土壤深度有機碳含量降低。濕地土壤表層因為受到濕地生態(tài)系統(tǒng)特征，如低溫、多水等條件的限制，且保護區(qū)所在的地理環(huán)境條件，常年存有凍土層，導致植被的凈初級生產(chǎn)力較低，所以對于土壤中碳的輸入量小，因此土壤中的碳的富集不明顯。又因為研究區(qū)的表層土壤受低溫、多水條件的限制，微生物對動植物殘體的分解能力也下降，這對于碳的存儲也起到了一定的作用。而南甕河沼澤濕地受溫度條件的影響，年均生物量沒有顯著變化，所以土壤碳的輸入量也不高。而一些研究指出，植物根系的分布直接影響土壤中有機碳含量的垂直分布，因為大量死根的腐解歸還，為土壤提供了豐富的碳源。另一方面，大量的地表枯落物也是表層土壤碳輸入的重要來源。而在深層土壤中，土壤的孔隙度小，緊實度較好，導致植物根系難以深入，分布較少，致使深層土壤中全碳含量開始明顯降低。保護區(qū)內(nèi)的沼澤土壤中的含水量隨土壤深度的增加慢慢減小。這表明沼澤濕地表層0～10cm土壤疏松多孔，持水能力好，有機質(zhì)含量高，結(jié)構(gòu)性好，而下層（10cm以下）土壤比較緊實，蓄水力較差，且水分來源較少，有機質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)都沒有表層好。而pH值在不同土壤層次均在4～6之間變化，土壤大部分呈酸性。pH能直接影響土壤中養(yǎng)分存在的狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，這說明在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，植物從土壤吸取養(yǎng)分的效率更高。

3.2 濕地土壤有機碳等理化性質(zhì)隨海拔變化的原因

土壤有機碳含量隨海拔的升高而下降。隨著海拔的升高，植被的分布減少，植被的凈初級生產(chǎn)力下降，所以對于土壤中碳的輸入量下降。而水分含量與海拔呈下降緩慢的負相關(guān)。這是因為水分在重力的作用下，向低海拔處流動，而濕地土壤持水能力好，故而梯度變化小。pH值隨著海拔的變化不明顯，說明海拔對于土壤養(yǎng)分的影響不大。

綜上所述，通過對南甕河濕地保護區(qū)土壤有機碳、含水量和pH值的研究，結(jié)果表明：濕地土壤中有機碳含量、土壤含水量和pH值的垂直變化具有一定的規(guī)律性，而其隨海拔高度的變化規(guī)律不明顯。這些可能與不同海拔植被類型的變化有很大的關(guān)系。