排水對小興安嶺森林沼澤濕地溶解性有機碳和有效氮磷的影響

江 姍,趙光影,臧淑英,邵宗仁

黑龍江省普通高等學(xué)校地理環(huán)境遙感監(jiān)測重點實驗室,哈爾濱師范大學(xué), 哈爾濱 150025

排水對小興安嶺森林沼澤濕地溶解性有機碳和有效氮磷的影響

江 姍,趙光影*,臧淑英,邵宗仁

黑龍江省普通高等學(xué)校地理環(huán)境遙感監(jiān)測重點實驗室,哈爾濱師范大學(xué), 哈爾濱 150025

選取不同排水年限的興安落葉松人工林濕地(1974年排水、1985年排水、1992年排水、2003年排水)和天然森林沼澤濕地(興安落葉松沼澤濕地)為研究對象,探討排水對小興安嶺森林沼澤濕地土壤溶解性有機碳(DOC)和有效氮磷的影響。結(jié)果表明,天然沼澤排水后,在土壤垂直剖面上,不同排水年限的森林濕地與天然沼澤濕地的土壤溶解性有機碳含量均呈遞減變化。與天然森林沼澤濕地相比,排水濕地各土層DOC含量均顯著低于天然沼澤濕地(P<0.05)。天然森林沼澤,表層(0—10 cm)的土壤SOC含量、DOC/SOC、土壤有效氮含量均大于排水森林沼澤,但是有效磷含量卻低于排水森林沼澤(P<0.05)。在土壤表層(0—10 cm),排水年限與DOC、SOC、DOC/SOC、土壤有效氮呈顯著性負(fù)相關(guān),與有效磷呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)。天然沼澤排水后,表層(0—10 cm)土壤的DOC含量與有效氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)含量成正比,與有效磷含量成反比(P<0.05)。

排水；小興安嶺；溶解性有機碳；有效氮磷

溶解性有機碳(DOC)是指能通過0.45 μm濾膜,可溶于水或酸堿溶液,由一系列大小和結(jié)構(gòu)不同的有機物質(zhì)組成的有機碳。雖然DOC占土壤有機碳的比例很小,它卻是有機碳庫中最活躍的組成部分[1]。DOC比較敏感,可以在土壤全碳變化之前反映土壤微小變化,又直接參與土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過程,因而,對土壤碳庫平衡和土壤化學(xué)、生物化學(xué)肥力保持、以及全球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)具有重要意義[2]。土壤中有效氮主要以銨態(tài)和硝態(tài)形式存在,也是植物從土壤中吸收氮素的主要形態(tài),土壤有效磷是指土壤中對植物有效或可被植物利用的磷。

小興安嶺森林沼澤濕地面積106.96萬hm2,固碳潛力巨大,其平均碳密度高于黑龍江省天然林碳密度及全國森林植被碳密度水平[3],在區(qū)域碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。20世紀(jì)70年代以來,小興安嶺森林沼澤濕地深受人類活動的影響,其中排水造林是濕地遭受到的主要干擾方式。濕地排水造林即在濕地內(nèi)挖排水溝,改變土壤水分狀況以促進喬木的生長,但是對于濕地卻是一種破壞,改變了土壤結(jié)構(gòu)以及土壤肥力。濕地排水使土壤DOC發(fā)生空間運移,一部分土壤DOC沿著排水溝渠水平和垂直方向重新分布或直接遷移到其它水域中,而另一部分土壤DOC在遷移過程中損失[4]。而且,濕地排水疏干后,地表由常年積水或季節(jié)性積水轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠e水或干旱狀態(tài),土壤水熱環(huán)境發(fā)生變化,由厭氧環(huán)境變?yōu)楹醚醐h(huán)境,土壤有機質(zhì)分解速率加快[5]。排水對森林沼澤濕地土壤溶解性有機碳含量和有效氮磷含量具有重要影響,但目前國內(nèi)外很多此類研究主要集中在平原草本沼澤濕地,而關(guān)于中高緯度森林沼澤濕地的相關(guān)研究還不是很多見,而且關(guān)于人類活動對濕地DOC所產(chǎn)生的影響,主要集中在濕地墾殖為農(nóng)田后DOC的變化[6]。本文以小興安嶺排水森林沼澤為研究對象,研究森林沼澤經(jīng)過長期排水改造后土壤DOC、土壤有機碳和土壤有效氮磷的變化,以期為深入了解DOC,和有效氮磷在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)中的動態(tài)變化,為小興安嶺森林沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)的管理和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于小興安嶺中段,黑龍江省東北部伊春市友好林業(yè)局永青林場(48°03′53″N,128°30′36″E),平均海拔在260—500 m,屬于溫帶大陸濕潤季風(fēng)氣候。年平均氣溫約0.4 ℃,年積溫為 2000—2500 ℃。年平均降雨量為630 mm,全年有兩個降水高峰期,一個是冬季降雪,另一個是每年7—8月的降雨,高峰期降水占全年降雨量的70%。無霜期約為110 d。地帶性土壤為暗棕壤,其次為草甸土和沼澤土。典型植被為紅松闊葉混交林,目前大部分已退化為次生林和人工林,森林覆蓋率為74.8%。研究區(qū)尚有沼澤濕地4302 hm2,濕地類型豐富,包括森林沼澤、灌叢沼澤、草叢沼澤、蘚類沼澤和泥炭蘚沼澤等多種濕地類型,其中以興安落葉松森林沼澤為主要類型[7]。

1.2 樣品采集

2015年5月,在伊春市友好林業(yè)局永青林場選擇4塊樣地,分別是1974年、1985年、1992年、2003年進行排水的興安落葉松人工林作為樣地,標(biāo)記為PS74、PS85、PS92、PS03。天然森林沼澤選擇人工林附近與排水造林的沼澤類型相對應(yīng)的森林沼澤(興安落葉松沼澤),標(biāo)記為XA。在每個調(diào)查樣地內(nèi),用“S”型的布設(shè)方式采樣,各取 5個樣點,采樣土壤剖面深度為40 cm,去除枯枝落葉層后,用5 cm內(nèi)徑的土鉆于0—10、10—20、20—40 cm分層采集,共計75個土壤樣品。采集的新鮮土樣帶回室內(nèi),除去動植物殘體、石塊等雜物,分成2份。一份立即過2 mm孔徑的尼龍篩,混勻、密封置于4 ℃冰箱中避光保存,用于DOC測定; 另一份自然風(fēng)干,用于土壤有機碳(SOC)以及其他土壤理化性質(zhì)測定。

1.3 實驗方法

土壤DOC含量測定：稱取10 g鮮土放入盛有50 mL蒸餾水的三角瓶中,常溫25 ℃下振蕩浸提30 min,高速離心10 min,上清液用0.45 μm濾膜過濾,用TOCVCPH儀測定浸提液中的有機碳濃度,得到DOC濃度。最后,通過水土比將DOC濃度(mg/L)值換算成土壤DOC含量(mg/kg)[8]。土壤有機碳(SOC)的測定：采用Multi N/C 2100 TOC儀(德國耶拿)高溫燃燒法測定土壤SOC含量[9]。土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮采用比色法測定。土壤有效磷采用HCLO4-H2SO4浸提,鉬銻鈧比色法測定[10]。

1.4 統(tǒng)計分析方法

利用 Excel 2003 和 SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA),應(yīng)用最小顯著差異法(least-significant-difference,LSD)對數(shù)據(jù)組間差異進行顯著性檢驗; 顯著性水平設(shè)定為α=0.05。采用Pearson法進行相關(guān)性分析,圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,相關(guān)圖表制作在OriginPro 8.5中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 排水對森林沼澤濕地土壤溶解性有機碳的影響

圖1 排水與天然森林沼澤的DOC含量在垂直剖面上分布對比圖Fig.1 Distribution of DOC content in the vertical section of the drainage and natural forest swampPS74、PS85、PS92、PS03分別代表從1974、1985、1992、2003年開始排水,XA代表興安落葉松天然沼澤; 圖中不同字母表示差異顯著(P <0.05),相同字母表示差異不顯著(P >0.05);圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)

在垂直剖面上,不同排水年限的DOC含量均呈現(xiàn)自上向下逐漸降低的趨勢。不同排水年限,土壤表層(0—10 cm),DOC含量分別為241.02、307.1、462.03、771.95 mg/kg(圖1),表現(xiàn)為PS740.05)。濕地排水時間越長,土壤表層(0—10 cm)DOC含量越低,排水時間與DOC含量呈顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.05),在其他深度上,排水時間與DOC含量,相關(guān)性并不顯著(P>0.05)。

天然森林沼澤和排水森林沼澤的DOC含量在垂直剖面上均呈現(xiàn)自上而下遞減的趨勢。PS74、PS85、PS92、PS03與天然沼澤對比,土壤表層DOC含量分別減少了79%、73%、59%、32%。在土壤10—20 cm,DOC含量分別減少了78%、72%、56%、59%。在土壤20—40 cm,DOC含量分別減少了76%、77%、57%、65%(圖1)。由此看出,排水森林沼澤的DOC含量,在不同深度上均小于天然沼澤。其中在土壤表層0—10 cm,排水沼澤與天然沼澤對比,不同排水年限的DOC減少百分比差異性顯著(P<0.05),而且隨著排水年限增加,DOC含量減少得越多,呈顯著性正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。在其他深度上,不同排水年限的DOC減少百分比,差異性不顯著(P>0.05),DOC減少百分比與排水時間,相關(guān)性不顯著(P>0.05)(表1)。

2.2 排水對森林沼澤濕地土壤有機碳的影響

2.2.1 天然森林沼澤與排水森林沼澤的SOC含量對比

天然森林沼澤與排水森林沼澤的SOC含量,在土壤表層0—10 cm,分別為312.94、225.09、243.77、260.68、286.67 g/kg,大小關(guān)系為PS740.05),排水時間與SOC含量,相關(guān)性不顯著(P>0.05)(表1)。

2.2.2 排水對森林沼澤濕地土壤DOC占SOC比例的影響

土壤DOC占SOC的比例(DOC/SOC)是反映土壤碳庫質(zhì)量的重要指標(biāo),可以用來指示有機碳的穩(wěn)定性、有效性和水溶性,研究土壤DOC/SOC更有助于了解排水對土壤中有機碳轉(zhuǎn)化的影響。

在土層0—10 cm,排水森林沼澤DOC/SOC的比值在0.11%—0.27%(圖3),差異性顯著(P<0.05),并且表現(xiàn)為隨著排水年限增加而遞減,呈顯著性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。在土層10—20 cm處,排水的森林沼澤DOC/SOC的比值在0.1%—0.16%,排水年限與DOC/SOC相關(guān)關(guān)系不顯著(P>0.05),不同排水年限間的DOC/SOC的比值,差異性不顯著(P>0.05)。在土層20—40 cm處,排水的森林沼澤DOC/SOC的比值在0.07%—0.14%,排水年限與DOC/SOC相關(guān)關(guān)系并不顯著(P>0.05),不同排水年限間的DOC/SOC的比值,差異性不顯著(P>0.05)。天然森林沼澤的DOC/SOC,在不同土壤深度上均大于排水森林沼澤,呈顯著性差異(P<0.05)(表1)。

圖2 排水與天然森林沼澤的SOC含量垂直分布特征對比圖Fig.2 Comparison of vertical distribution of SOC content in drainage and natural forest swamp

圖3 排水森林沼澤與天然森林沼澤的DOC/SOC垂直分布特征對比圖Fig.3 DOC/SOC vertical distribution characteristics of the drainage forest and natural forest swamp

同時排水森林沼澤的DOC與SOC具有一定的相關(guān)關(guān)系,在0—10、10—20、20—40 cm,相關(guān)系數(shù)分別為0.9671、0.1189、0.2087。由此看出,排水的DOC與SOC只有在表層0—10 cm才呈正相關(guān),而且是顯著性相關(guān)(P<0.05)。在其他深度上,無相關(guān)性(P>0.05)。

2.3 排水對森林沼澤濕地有效氮、磷的影響

2.3.1 排水對森林沼澤濕地土壤有效氮的影響

土壤中有效氮主要以銨態(tài)和硝態(tài)形式存在,也是植物從土壤中吸收氮素的主要形態(tài)[11]。銨態(tài)氮含量在垂直剖面上,分布并無明顯差異(P>0.05)。排水森林沼澤,在表層0—10 cm,銨態(tài)氮含量明顯低于天然森林沼澤,差異性顯著(P<0.05)。而且隨著排水年限的增加逐漸遞減,呈極顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.01)。在其他深度上,天然沼澤銨態(tài)氮含量沒有明顯的大于排水森林沼澤,差異性不顯著(P>0.05)(圖4),排水年限與銨態(tài)氮含量,相關(guān)性不顯著(P>0.05)。排水森林沼澤的DOC含量與銨態(tài)氮含量之間呈正比,呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)(表1)。

表1 所有數(shù)據(jù)的相關(guān)性表

**極顯著相關(guān),P<0.01；*顯著相關(guān),P<0.05

土壤硝態(tài)氮的含量,在垂直剖面上,自上而下呈遞減規(guī)律。天然森林沼澤的土壤硝態(tài)氮含量在不同深度上均大于排水森林沼澤。其中在表層0—10 cm,隨著排水年限的增加,而出現(xiàn)土壤硝態(tài)氮含量逐漸遞減的規(guī)律,即排水年限與土壤硝態(tài)氮含量呈顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.05)。在其他深度上,不同排水年限間的土壤硝態(tài)氮含量,差異不顯著(P>0.05),排水年限與土壤硝態(tài)氮含量,相關(guān)性不顯著(P>0.05)(圖5)。排水森林沼澤的土壤硝態(tài)氮含量與土壤溶解性有機碳含量之間呈正比,呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)(表1)。

圖4 排水森林沼澤與天然森林沼澤的土壤銨態(tài)氮含量垂直分布對比圖Fig.4 Comparison Chart of soil ammonium nitrogen content in drainage forest and natural forest swamp

圖5 排水森林沼澤與天然森林沼澤的土壤硝態(tài)氮含量垂直分布對比圖Fig.5 Comparison Chart of soil nitrate nitrogen content in drainage forest and natural forest swamp

2.3.2 排水對森林沼澤濕地土壤有效磷的影響

圖6 排水森林沼澤與天然森林沼澤的土壤有效磷含量垂直分布對比圖Fig.6 Comparison Chart of soil available P content in drained forest and natural forest

土壤有效磷含量,在垂直剖面上,自上而下呈遞減的規(guī)律。土壤有效磷含量的垂直分布,天然森林沼澤的含量明顯低于排水森林沼澤,而且各層均小于排水的土壤有效磷含量。其中在表層0—10 cm,不同排水年限間的土壤有效磷含量,差異性顯著(P<0.05),而且隨著排水年限的增加,土壤有效磷含量增加,與排水年限呈極顯著性正相關(guān)(P<0.01)。在其他深度上,不同排水年限間的土壤有效磷含量,差異性不顯著(P>0.05)(圖6)。排水森林沼澤的土壤溶解性有機碳含量與土壤有效磷含量呈顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.05)(表1)。

3 討論

3.1 排水對森林沼澤濕地土壤溶解性有機碳的影響

水文條件是濕地重要的生態(tài)屬性,水分條件變化如土壤含水量、水位波動等都會影響濕地大氣-植被-土壤之間碳的生物地球化學(xué)過程各環(huán)節(jié)的方向與強度[12]。通過挖排水溝渠,人為的對森林沼澤濕地進行排干,使?jié)竦氐乃謼l件發(fā)生變化。濕地排水疏干后,地表由于常年積水或季節(jié)性積水轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠e水或干旱狀態(tài),土壤水熱環(huán)境發(fā)生變化,由厭氧環(huán)境變?yōu)楹醚醐h(huán)境,微生物活性增強[13],土壤有機質(zhì)分解速率加快。隨著濕地排干后水位、植被群落的變化,生態(tài)系統(tǒng)由長期以來的凈碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的碳排放源。濕地排水后的生態(tài)系統(tǒng)一開始DOC產(chǎn)生量迅速增加,同時DOC的流失也增加,這是由于濕地排水后,土壤DOC發(fā)生空間運移,一部分土壤DOC沿著排水溝渠水平和垂直方向重新分布或直接遷移到其它水域中,而另一部分土壤DOC在遷移過程中損失,這將導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)更多的碳輸出。而且,隨著排水時間的增加,pH值逐漸降低(P<0.05)。楊玉盛等[14]發(fā)現(xiàn)酸性土壤中DOC吸附能力隨pH值降低而減小,因此,DOC吸附能力降低,DOC沿著排水溝渠發(fā)生流失。同時,排水造林活動會對土壤產(chǎn)生強烈的擾動,使原有的植被類型發(fā)生變化,濕地原有的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力也發(fā)生改變,從而影響了碳匯功能乃至土壤DOC含量的變化。而且,濕地排水溝渠的建設(shè)也改變了土壤DOC的釋放過程和傳輸途徑,導(dǎo)致不同溝渠沉積物中DOC的含量發(fā)生變化[15]。而且人類的排水造林活動,使作為DOC主要來源的地表枯落物也會減少。因為天然林大都是成熟或近成熟林,因而積累的凋落物較多,人工林處于幼林階段凋落物積累較少,其碳密度也就減少[16],因此天然森林沼澤的DOC含量大于排水的森林沼澤。凋落物的減少,進一步影響了DOC產(chǎn)生量。而且沿著排水溝渠,DOC發(fā)生遷移,使DOC最終含量減少。因此,排水濕地土壤DOC含量比未排水的天然森林沼澤低,而且排水時間越長,排水濕地表層(0—10 cm),土壤DOC含量越少。

3.2 排水對森林沼澤濕地土壤有機碳的影響

濕地土壤有機碳含量的多少是衡量土壤各指標(biāo)的多少標(biāo)準(zhǔn),有機碳含量高說明有機質(zhì)含量大,說明土壤通氣性不好,含水量比較高。水的深度對有機碳的礦化有很大的影響。有機碳主要和土壤中原來有機質(zhì)分解速度和外界能源有關(guān),生長的植物的根系和根系分泌物、植物的掉落物、自然的因素有降水溫度等的輸入量也有很大關(guān)系[17]。因此,森林沼澤濕地被排水后,土壤因水分減少而由嫌氣環(huán)境變成好氣環(huán)境,此時,土壤中微生物的活性增強,有機殘體分解加快,泥炭層和草根層也迅速被氧化而喪失了碳的積累能力,從而由“碳匯”變成"碳源”。而且隨著地表凋落物的減少,有機質(zhì)的來源變少,以及土壤團粒體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,對C素吸附能力降低[18],最終土壤有機碳含量降低。天然森林沼澤的有機碳含量也因此大于排水的森林沼澤。而且隨著排水時間的增加,排水濕地表層(0—10 cm),土壤SOC含量越少,土壤DOC/SOC的比值也越少。

3.3 排水對森林沼澤濕地土壤有效氮、磷的影響

硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是兩種可被植物直接吸收利用的有效態(tài)氮,其含量變化顯著影響著濕地土壤氮的遷移與轉(zhuǎn)化過程[19]。而濕地土壤中溶解性有機碳、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮,有效磷等是濕地生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的生態(tài)因子,是土壤營養(yǎng)水平的重要指示物,顯著影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[20]。

濕地排水后,水熱條件發(fā)生變化,水分變少,濕地土壤的含水量降低。美國土壤科學(xué)家Staoford和EPstein認(rèn)為在環(huán)境因子中,水分對氮礦化影響極大,土壤氮礦化率隨水分含量的變化而變化。隨含水量的增加,土壤氮礦化量增加[21]。因此,排水后土壤含水量降低,導(dǎo)致土壤氮礦化水平降低,土壤有機氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮就變少。而且排水后,土壤對銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的吸附能力降低,同時排水后新栽的落葉松,通過根系吸收大量的有效氮,來促進自身生長,最后導(dǎo)致土壤中有效氮減少。最終天然森林沼澤的有效氮含量大于排水森林的,并且在土壤表層(0—10 cm),隨著排水時間的增加,有效氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)含量減少。

土壤有效磷是指土壤中對植物有效或可被植物利用的磷。不少研究都發(fā)現(xiàn),土壤中水分的增減使土壤氧化還原條件改變從而造成土壤中鐵氧化物的形態(tài)變化與土壤中磷的吸附與釋放過程直接相關(guān),吸附釋放量的增減使磷的有效性的發(fā)生改變[22]。同樣章永松[23]等發(fā)現(xiàn)淹水會使土壤磷的吸持增加,他們認(rèn)為雖然整體土壤為還原環(huán)境,但是還原了的Fe2+擴散到氧化薄層中并氧化形成無定形鐵,其強烈的吸附磷的作用使得磷的有效性降低。因此當(dāng)人類對濕地進行排水,使?jié)竦亻L期處于氧化環(huán)境,土壤對磷的吸附能力降低,土壤有效磷含量增加。天然森林沼澤的有效磷小于排水的,并且土壤有效磷含量,在土壤表層(0—10 cm),隨排水時間的增加而增加。

土地利用方式的變化可以改變土壤的植被覆蓋同時也會引起土壤管理措施的改變,進而引起土壤有效氮、磷,在土壤系統(tǒng)中的再分配,進而影響到土壤有機碳庫的循環(huán)過程。本文研究表明：土壤DOC含量與土壤有效氮磷關(guān)系密切。排水后的表層(0—10 cm)土壤DOC與有效氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)成正比,與有效磷成反比,這一結(jié)論與藍(lán)家程[24]的研究基本一致。

4 結(jié)論

本文研究排水對小興安嶺森林沼澤濕地土壤溶解性有機碳(DOC)和有效氮磷的影響。結(jié)果表明,在垂直剖面上,不同排水年限的森林濕地與天然沼澤濕地的土壤溶解性有機碳含量均呈遞減變化。與天然森林沼澤濕地相比,排水濕地各土層DOC含量均低于天然沼澤濕地(P<0.05)。天然森林沼澤的表層(0—10 cm)土壤SOC含量、DOC/SOC、土壤有效氮含量均大于排水森林沼澤,但是天然沼澤的有效磷含量小于排水的(P<0.05)。在土壤表層(0—10 cm),排水時間與DOC、SOC、DOC/SOC、土壤有效氮呈顯著性負(fù)相關(guān),與有效磷呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)。排水后的表層(0—10 cm)土壤DOC與有效氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)成正比,與有效磷成反比(P<0.05)。土壤DOC與土壤有效氮磷關(guān)系密切,可以作為衡量土壤肥力變化的指標(biāo)之一。

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Effect of drainage on dissolved organic carbon and available nitrogen and phosphorus in the wetland forests of Xiaoxing′an Mountain

JIANG Shan,ZHAO Guangying*,ZANG Shuying,SHAO Zongren

KeyLaboratoryofRemoteSensingMonitoringofGeographicEnvironmentinCommonUniversitiesofHeilongjiangProvince,HarbinNormalUniversity,Harbin150025,China

The effect of drainage on soil dissolved organic carbon (DOC) in the Xiaoxing′an Mountain forests was investigated by selectingLarixgmeliniiplantation wetlands of different ages (drain in 1974, drain in 1985, drain in 1992, and drain in 2003), as well as a natural forest swamp wetland (L.gmeliniimarsh). The results showed that soil DOC content decreased vertically with soil depth for all sites. Compared with the natural forest wetland, the DOC content in all soil layers was lower (P<0.05). The soil organic carbon (SOC) content, DOC/SOC, and soil available nitrogen (N) in the surface layer (0-10 cm) of the natural forest swamp were all higher than those in the drained forests. In contrast, the available phosphorus (P) content was lower in the natural wetland than in the drained forests (P<0.05). In the soil surface (0—10 cm), the time since drainage was significantly negatively correlated with DOC, DOC/SOC, SOC, and soil N, and was significantly positively correlated with the available P (P<0.05). After drainage of the soil surface (0—10 cm), DOC and available N (ammonium nitrogen, nitrate nitrogen) were inversely proportional to the effective P (P<0.05). In the forest wetlands where drainage ditches were dug, the soil moisture status was changed to promote the forest growth. Overall, the area of the Xiaoxing′an Mountain forest wetlands covers 106.96 ten thousand ha, with great carbon sequestration potential. Its average carbon density was higher than natural forest carbon densities, as well as the carbon density of the forest vegetation in Heilongjiang Province. It therefore plays an important role in the regional carbon cycling. Since the 1970s, the wetlands in the Xiaoxing′an Mountain forests have been greatly influenced by human activities, and mainly by wetland drainage. Movement of soil DOC with wetland drainage occurred in the directions of the water movement. A portion of the soil DOC moved along the horizontal and vertical direction of the drainage ditches, or was lost directly to the water. At present, research on the impacts of human activities on DOC is mainly focused on how wetland reclamation for farmland changes DOC, as well as the effects of different land use patterns on soil DOC.In this study, we researched the forest swamps of the Xiaoxing′an Mountain forests. We conducted a quantitative study on the changes of soil DOC and SOC after drainage and transformation, in order to understand the role of DOC in the regional ecosystem′s carbon cycle and the mechanisms of carbon transformation, in order to provide a theoretical basis for the management and sustainable development of the regional wetland ecosystems.

drainage; Xiaoxing′an Mountains; dissolved organic carbon; effective nitrogen and phosphorus

國家自然科學(xué)基金項目(41301082,4157012165)；黑龍江省博士后資助項目(LRB13- 200)

2015- 09- 24;

日期:2016- 07- 13

10.5846/stxb201509241960

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhaoguangying2004@126.com

江姍,趙光影,臧淑英,邵宗仁.排水對小興安嶺森林沼澤濕地溶解性有機碳和有效氮磷的影響.生態(tài)學(xué)報,2017,37(5):1401- 1408.

Jiang S,Zhao G Y,Zang S Y,Shao Z R.Effect of drainage on dissolved organic carbon and available nitrogen and phosphorus in the wetland forests of Xiaoxing′an Mountain.Acta Ecologica Sinica,2017,37(5):1401- 1408.