水源退耕濕地不同植物群落土壤特征變化初探①

賈宏宏, 辜 彬

水源退耕濕地不同植物群落土壤特征變化初探①

賈宏宏, 辜 彬*

(四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，生物資源與生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610065)

本文選取成都市水源保護(hù)區(qū)不同退耕年限(3、5、7 a)的云橋濕地為研究對象，分析了退耕還濕后不同植物群落下土壤的基本理化性質(zhì)和酶活特征，初步探究了退耕濕地土壤的理化性質(zhì)和酶活在時(shí)間序列上的變化規(guī)律以及不同植物群落對退耕濕地的恢復(fù)效果。研究結(jié)果表明：①退耕還濕后，濕地土壤養(yǎng)分在時(shí)間梯度上呈退耕5 a<3 a<7 a的變化規(guī)律，在退耕恢復(fù)5 a后濕地土壤的整體肥力逐漸增強(qiáng)，但仍低于對照區(qū)的陸地土壤；濕地土壤的各酶活在退耕恢復(fù)的3 ~ 5 a低于對照區(qū)的陸地土壤，但在退耕7 a，均與對照區(qū)的陸地土壤無顯著差異。②3種植物群落對退耕濕地土壤的恢復(fù)效果存在差異，其中雀稗植物群落對退耕濕地的恢復(fù)效果最佳，蘆葦植物群落下的土壤肥力相對薄弱。③退耕還濕后，濕地土壤理化性質(zhì)和酶活的相關(guān)性分析結(jié)果表明：土壤的pH、堿解氮、速效鉀、淀粉酶和脲酶均可作為較好評價(jià)成都水源保護(hù)區(qū)退耕濕地土壤生態(tài)恢復(fù)狀況的重要指標(biāo)。本文對成都水源保護(hù)地退耕恢復(fù)3 ~ 7 a濕地土壤養(yǎng)分恢復(fù)狀況進(jìn)行了初步探究，為水源保護(hù)地退耕還濕工程后期的維護(hù)和管理提出了科學(xué)的指導(dǎo)意見。

退耕還濕；土壤養(yǎng)分；酶活；植物群落

濕地是處于陸地與水體之間一種過渡性質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)，有獨(dú)特的形成發(fā)育和演化規(guī)律[1]，具有極高的資源開發(fā)價(jià)值和環(huán)境調(diào)節(jié)功能。濕地生態(tài)系統(tǒng)由濕地土壤、濕地水文和濕地植物三大要素構(gòu)成[2-4]，其中濕地土壤有別于陸地土壤，是濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，具有調(diào)節(jié)徑流、過濾降解污染物、維持濕地生物多樣性等功能[5]。濕地植物是濕地的重要組成部分，能夠降解濕地污染物，起到凈化水質(zhì)的功能[6]。但是由于人類的過度開墾，使得自然濕地面積不斷減少，調(diào)蓄防洪功能衰退，生物多樣性減小，土壤質(zhì)量下降[7]，破壞了濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因而，退耕還濕作為一項(xiàng)解決濕地面積減少、恢復(fù)濕地生態(tài)功能的重要舉措，受到了越來越多的關(guān)注[8]。

國內(nèi)外對濕地恢復(fù)的研究主要集中在濕地植物種子庫和植被演替動態(tài)、濕地生態(tài)系統(tǒng)健康與景觀格局變化、退化濕地的恢復(fù)重建等方面[8]。國外部分學(xué)者開展了對佛羅里達(dá)大沼澤濕地[9]等的研究,我國對退化濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的研究起步較晚，主要集中在富營養(yǎng)化湖泊和灘涂地生態(tài)恢復(fù)方面，但對水源濕地的研究報(bào)道鮮少。已有研究表明濕地土壤是恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵[10]，當(dāng)前對于濕地土壤的研究主要集中在土壤理化性質(zhì)的垂直變化、時(shí)空變化規(guī)律，其中還涉及人為干擾和植被覆蓋等對濕地土壤的影響等方面[11]，這些研究有利于對退耕還濕后土壤生態(tài)恢復(fù)特征的認(rèn)識，但對濕地土壤在退耕時(shí)間序列上的生態(tài)恢復(fù)過程研究甚少。目前對于濕地植物的研究主要集中在水生植物對濕地土壤碳氮磷硫[12-14]含量及分布特征的影響[6]，以及植物各器官對水質(zhì)和土壤重金屬[15]等污染物的吸附降解效果等方面，但是對不同植物群落在時(shí)間梯度上對退耕濕地土壤生態(tài)恢復(fù)效果評價(jià)尚未研究。

本文選取成都市重要飲用水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的云橋濕地為研究對象，通過測定3種植物群落不同退耕恢復(fù)年限下的土壤pH、堿解氮、有機(jī)質(zhì)、速效鉀和有效磷等土壤養(yǎng)分，以及土壤過氧化氫酶、淀粉酶、蔗糖酶、脲酶等酶活指標(biāo)，分析不同植物群落下的土壤養(yǎng)分在退耕時(shí)間梯度上的變化特征以及土壤養(yǎng)分與土壤酶活的相關(guān)性，并對退耕后濕地土壤生態(tài)恢復(fù)的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測。初步認(rèn)識研究區(qū)退耕還濕工程建設(shè)完成后的濕地土壤在時(shí)間梯度上的生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀以及不同植物群落下土壤養(yǎng)分的分布特征，進(jìn)而得出不同植物群落在退耕時(shí)間梯度上對濕地土壤的恢復(fù)效果。同時(shí)也為成都水源濕地在植物選擇、植物配置以及如何改善濕地土壤等方面提供科學(xué)依據(jù)，這對于研究區(qū)水源濕地面積的擴(kuò)大和后期的維護(hù)和管理具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于成都市郫縣新民場鎮(zhèn)，地理位置30°87′06" ~ 30°87′61″N，103°89′17″ ~ 102°89′98″E（，屬亞熱帶溫潤季風(fēng)型氣候，氣候溫和、雨量充沛，年平均溫度15.7 ℃，最高氣溫35.8 ℃，最低氣溫–5℃，年平均降水量960.0 mm，雨量充沛，日照偏少，無霜期長。研究區(qū)云橋濕地曾是成都平原具有數(shù)千年歷史的自然河流—— 徐堰河和柏條河的交匯故道，后經(jīng)人為改造為傳統(tǒng)冬水田，由于地下水網(wǎng)豐富，十分適合保留和恢復(fù)天然沼澤和湖泊濕地環(huán)境。該區(qū)域內(nèi)的蓄水受都江堰灌溉區(qū)季節(jié)性水位控制，具有良好的水資源及植被環(huán)境，現(xiàn)已是成都市重要的自然飲用水源。

研究區(qū)自2011年退耕還濕工程分期建設(shè)以來，濕地總面積已達(dá)23 hm2，水域面積達(dá)40%，水生植物的覆蓋面積已達(dá)42.76%。其中，一期濕地面積為3.73 hm2，水生植物群落主要有蘆竹()、蘆葦()、水燭()、睡蓮()和鳶尾()；二期濕地以原生態(tài)的水塘和老河溝為基礎(chǔ)，面積達(dá)8.8 hm2，優(yōu)勢植物群落有蘆葦、菖蒲()和傘草()群落，種植面積較大的水生植物群落還有睡蓮、腎厥()、白茅()等；三期濕地于2015年建設(shè)完成，濕地面積達(dá)10.46 hm2，種植面積較大的水生植物有7種，其中以蘆葦和菖蒲為優(yōu)勢植物群落。本文研究選取分期建設(shè)濕地所共有的3種植物群落蘆葦、白茅、雀稗，分別代表研究區(qū)退耕恢復(fù)濕地的優(yōu)勢植物群落、常見濕地植物群落及自然生長植物群落。

1.2 土樣采集與處理

于2017年6月在成都市郫縣三道堰云橋濕地，選取不同建設(shè)年限(3、5、7 a)的3個(gè)退耕濕地為采樣區(qū)，植物群落選擇雀稗、蘆葦、白茅是三區(qū)共有且覆蓋度較高的植物群落，采樣區(qū)除退耕時(shí)間不同外，其余自然條件相同或相近。每個(gè)采樣區(qū)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)重復(fù)樣地，每個(gè)樣地需含上述3種植物群落，樣地內(nèi)每種植物群落下隨機(jī)設(shè)置一個(gè)2 m × 2 m的樣方，以點(diǎn)狀采樣的方式采集5個(gè)0 ~ 10 cm的表層土壤混合均勻，并做好標(biāo)記。同時(shí)，采集鄰近3個(gè)采樣區(qū)的陸地土壤作為對照組，共計(jì)采樣36個(gè)。

采集的樣品做好標(biāo)記用保鮮袋存儲，剔除土壤中的根系和小碎石后將土樣分為2部分：一部分鮮土保存于 4 ℃冰箱中，用于土壤生化性質(zhì)的測定；另一部分自然風(fēng)干后，挑去根、細(xì)小石礫后研磨，根據(jù)試驗(yàn)要求分別過2、0.25和0.49 mm 篩后，標(biāo)記保存用于理化性質(zhì)測定。研究區(qū)不同退耕年限鄰近區(qū)陸地土壤的基本性質(zhì)和酶活性見表1。

表1 研究區(qū)不同退耕年限的陸地土壤養(yǎng)分

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同一列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示差異顯著(= 9，<0.05)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 理化性質(zhì)測定 參照魯如坤[16]的方法進(jìn)行。利用酸度計(jì)測定土壤pH，水土比為2.5︰1；采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量；采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮含量；采用碳酸氫鈉–鉬銻抗比色法測定土壤有效磷；采用乙酸銨提取–火焰光度法測定土壤速效鉀。

1.3.2 酶活測定 土壤酶活性測定采用關(guān)蔭松[17]的方法進(jìn)行。用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，酶活性以1 g土壤20 min內(nèi)消耗0.1 mol/L KMnO4的量表示；用3,5二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，酶活性以1 g土壤在37 ℃培養(yǎng)24 h中每小時(shí)產(chǎn)生葡萄糖的量表示；用3,5-二硝基水楊酸比色法測定淀粉酶活性，酶活性以1 g 土壤在37 ℃ 培養(yǎng)24 h中每小時(shí)產(chǎn)生葡萄糖的量表示；用靛酚藍(lán)比色法測定脲酶活性，酶活性以1 g土壤在37 ℃培養(yǎng)24 h中每小時(shí)釋放出 NH3-N的量表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理和繪圖，歸一化系數(shù)分析；應(yīng)用 SPSS 13軟件對不同樣地間各指標(biāo)進(jìn)行方差分析、顯著性分析及相關(guān)性分析，并采用Duncan法進(jìn)行多重比較，統(tǒng)計(jì)顯著性水平(<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分在時(shí)間梯度上的變化

由圖1A可知：土壤pH介于6.0 ~ 7.65，其中退耕3 a的白茅群落最大(pH = 7.65)，退耕5 a的陸地土壤pH最小(pH = 6.0)。隨著退耕時(shí)間的增加，濕地土壤pH整體呈降低趨勢，且不同植物群落下的土壤pH在退耕時(shí)間序列上存在差異。如：退耕3 a白茅群落下的土壤pH顯著高于雀稗和蘆葦群落；退耕5 a，雀稗和白茅群落下的土壤pH無顯著差異，且高于蘆葦群落；退耕7 a，雀稗群落的土壤pH顯著低于蘆葦和白茅群落。就單個(gè)植物群落來說，在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，雀稗群落下的土壤pH明顯降低，蘆葦和白茅群落的土壤pH在退耕恢復(fù)的3 ~ 5 a顯著降低，在退耕5 ~ 7 a變化較小。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要指示物[18]，是衡量濕地土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素，從圖1B可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量在8.25 ~ 22.70 mg/kg，其中7 a對照區(qū)的陸地土壤有機(jī)質(zhì)含量最高(22.70 mg/kg)，退耕5 a、7 a蘆葦群落下的土壤有機(jī)質(zhì)含量最低(8.25 mg/kg)。在退耕恢復(fù)的時(shí)間序列上，除蘆葦群落外，濕地土壤的有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異，但整體低于對照區(qū)的陸地土壤；退耕7 a，除蘆葦群落的土壤有機(jī)質(zhì)含量(8.25 mg/kg)顯著較低外，其余均與對照無顯著差異。就單個(gè)植物群落來說，蘆葦群落在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，其土壤有機(jī)質(zhì)含量從12.97 mg/kg降到8.25 mg/kg；而雀稗和白茅植物群落的有機(jī)質(zhì)含量在退耕的3 ~ 7 a無顯著變化。

由圖1C可知，研究區(qū)土壤堿解氮含量變化幅度大，其中對照區(qū)7 a的陸地土壤最高(244.24 mg/kg)，退耕5 a白茅群落最低(18.89 mg/kg)。隨著退耕時(shí)間的增加，土壤堿解氮含量整體增加，但3種植物群落在年間和年內(nèi)變化存在差異：如退耕3 a，植物群落間的土壤堿解氮含量無顯著差異，均高于對照區(qū)的陸地土壤；退耕5 a、7 a，蘆葦和白茅群落下的土壤堿解氮含量無顯著差異，均顯著低于雀稗群落。在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，3種植物群落的堿解氮含量整體低于對照區(qū)。就單一植物群落來說，雀稗在退耕3 ~ 7 a土壤堿解氮含量顯著增加；蘆葦和白茅的堿解氮含量在退耕恢復(fù)的時(shí)間序列上呈先降低后增加的變化趨勢。

土壤速效鉀和有效磷是土壤中能夠直接被植物所利用的養(yǎng)分[11]，從圖1D可以看出土壤速效鉀在51.45 ~ 151.57 mg/kg之間，退耕3 a的雀稗最低(51.45 mg/kg)，7 a對照區(qū)的陸地土壤最高(151.57 mg/kg)。在同一退耕恢復(fù)年限內(nèi)，3種植物群落間的土壤速效鉀含量無顯著差異，但整體含量低于陸地土壤。其中，在退耕恢復(fù)的3 ~ 5 a，3種植物群落間的土壤速效鉀無顯著差異，但在退耕恢復(fù)的5 ~ 7 a，土壤的速效鉀含量增加，且在退耕7 a顯著低于對照區(qū)的陸地土壤(151.57 mg/kg)。

土壤有效磷含量在6.80 ~ 27.54 mg/kg范圍，其中退耕3 a的雀稗群落最低(6.80 mg/kg)，7 a對照區(qū)的最高(27.54 mg/kg)。在退耕恢復(fù)的時(shí)間序列上，除雀稗群落土壤有效磷含量在退耕5 ~ 7 a顯著增加外，蘆葦和白茅的土壤有效磷含量無顯著差異，且整體低于陸地土壤。3種植物群落在同一恢復(fù)年限下的土壤有效磷含量在退耕3 a、5 a無顯著差異，但在退耕7 a，雀稗群落的土壤有效磷含量(16.05 mg/kg)顯著高于蘆葦和白茅，但顯著低于對照區(qū)的陸地土壤。就單個(gè)植物群落來說，雀稗群落在退耕3 ~ 7 a土壤有效磷含量增加；蘆葦和白茅在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a無明顯變化。

總的來說，研究區(qū)濕地土壤在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，各土壤養(yǎng)分含量均有所增加，土壤的整體肥力也在逐漸增強(qiáng)，但仍低于對照區(qū)的陸地土壤。

2.2 土壤酶活在時(shí)間梯度上的變化

過氧化氫酶是土壤腐殖質(zhì)化大小和有機(jī)質(zhì)積累程度的指標(biāo)，廣泛存在于土壤中，可以用來判斷土壤肥力狀況和總的生物學(xué)活性[19]。由圖2A可知：土壤過氧化氫酶活性為1.09 ~ 2.99 mg/g，其中退耕5 a雀稗的最低(1.09 mg/g)，退耕3 a白茅群落的最高(2.99 mg/g)。隨著退耕時(shí)間的增加，不同植物群落的過氧化氫酶在相同恢復(fù)時(shí)間存在差異，如退耕3 a，3種植物群落間的土壤過氧化氫酶差異顯著；退耕5 a，雀稗群落顯著低于蘆葦和白茅群落；退耕7 a，3種植物群落的土壤過氧化氫酶顯著高于對照區(qū)的陸地土壤，且蘆葦群落的酶含量顯著低于雀稗和白茅。在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，蘆葦群落的土壤過氧化氫酶呈增加趨勢，雀稗和白茅呈先降低后增加的變化。

(圖柱上方小寫字母不同表示各土樣間酶活性在P<0.05 水平差異顯著，下圖同)

土壤蔗糖酶對增加土壤中易溶有機(jī)物質(zhì)起重要作用，也可以反映土壤有機(jī)質(zhì)的變化。從圖2B可以看出：土壤蔗糖酶介于2.46 ~ 9.41 mg/g，其中雀稗群落下的土壤蔗糖酶活在退耕5 a時(shí)最低(2.45 mg/g)，退耕7 a最高(9.41 mg/g)。在相同退耕時(shí)間內(nèi)，3種植物群落的土壤蔗糖酶活無顯著差異，且在退耕7 a，植物群落的蔗糖酶活高于對照區(qū)的陸地土壤。在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，雀稗群落的土壤蔗糖酶活呈先降低后增加的變化，而蘆葦和白茅群落下的土壤蔗糖酶活整體呈增加趨勢。

從圖2C可知：土壤的淀粉酶活性介于3.25 ~ 9.93 mg/g，其中3 a對照區(qū)最高(9.93 mg/g)，退耕7 a白茅的最低(3.25 mg/g)。在相同退耕時(shí)間內(nèi)，3種植物群落下的土壤淀粉酶活無顯著差異，但與對照區(qū)的陸地土壤差異顯著，如退耕3 a，雀稗和白茅群落下的土壤淀粉酶顯著低于對照區(qū)；退耕5 a，雀稗群落(4.76 mg/g)顯著低于陸地土壤；退耕7 a，除蘆葦群落(5.78 mg/g)略高外，其余與對照區(qū)均無明顯差異。總的來說，在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，雀稗和白茅群落的土壤淀粉酶活整體呈降低趨勢，而蘆葦群落在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，其土壤淀粉酶活無明顯變化。

圖2 研究區(qū)與對照區(qū)不同退耕年限下土壤酶活變化

土壤脲酶活性的高低可以表征土壤氮素的營養(yǎng)狀況等[20]，由圖2D可知，土壤脲酶活性介于1.15 ~ 2.90 mg/g，3 a對照區(qū)陸地土壤最高(2.90 mg/g)，5 a雀稗最低(1.15 mg/g)。在退耕時(shí)間序列上，土壤脲酶活性整體降低，且在退耕3 ~ 5 a低于對照區(qū)，退耕7 a與陸地土壤無顯著差異。3種植物群落下的土壤脲酶在退耕恢復(fù)的3 a、5 a存在差異，但在退耕7 a無顯著差異。就單個(gè)植物群落而言，除雀稗群落土壤脲酶酶活在退耕3 ~ 5 a降低，5 ~ 7 a增加外，蘆葦和白茅群落下的土壤脲酶酶活均降低。

整體來說，研究區(qū)濕地土壤酶活在退耕恢復(fù)的3 ~ 5 a低于陸地土壤，但在退耕恢復(fù)7 a與陸地土壤無顯著差異。其中土壤過氧化氫酶和蔗糖酶在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a呈現(xiàn)先降低后增加的變化規(guī)律；而土壤淀粉酶和脲酶在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a呈降低趨勢。

2.3 研究區(qū)不同植物群落濕地恢復(fù)效果

為了探究不同植物群落對退耕濕地土壤的整體恢復(fù)效果，本文對雀稗、蘆葦和白茅不同退耕年限下土壤的化學(xué)性質(zhì)和酶活進(jìn)行了歸一化處理，歸一化系數(shù)=(各指標(biāo)測定值–區(qū)域內(nèi)平均測定值)/(區(qū)域內(nèi)最大值–區(qū)域內(nèi)最小值)[21]。

如表2所示，隨著退耕時(shí)間的增加，雀稗、蘆葦和白茅3種植物群落土壤的歸一化結(jié)果呈現(xiàn)退耕5 a <3 a<7 a的變化趨勢，這與退耕后土壤理化性質(zhì)和酶活的變化規(guī)律基本一致。在濕地退耕3 a，雀稗和白茅群落土壤的歸一化指數(shù)分別是1.074和1.759，明顯高于蘆葦群落；退耕恢復(fù)5 a，濕地土壤的歸一化結(jié)果為負(fù)值，即退耕恢復(fù)5 a，土壤養(yǎng)分低于退耕恢復(fù)3 ~ 7 a土壤養(yǎng)分的整體水平；在退耕恢復(fù)7 a，雀稗群落土壤的歸一化系數(shù)1.882最高，白茅群落為1.647，蘆葦群落為–0.218，與退耕恢復(fù)3 a、5 a相比，土壤整體肥力相對增強(qiáng)。但不同植物群落對退耕濕地土壤各養(yǎng)分的恢復(fù)效果仍存在明顯差異，其中雀稗植物群落在退耕恢復(fù)7 a后，除土壤淀粉酶和脲酶含量較低外，其余養(yǎng)分含量明顯高于平均水平；而蘆葦植物群落在退耕恢復(fù)7 a后，其土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷的含量低于平均水平，土壤的整體肥力低于雀稗和白茅植物群落；白茅植物群落在退耕恢復(fù)7 a后，土壤有機(jī)質(zhì)的積累量明顯高于雀稗和蘆葦，且除土壤有效磷、淀粉酶、脲酶含量較低外，土壤各養(yǎng)分含量高于平均水平，可見，不同植物群落對退耕濕地土壤的恢復(fù)效果不同。

表2 不同植物群落在時(shí)間梯度上的土壤養(yǎng)分歸一化結(jié)果

2.4 研究區(qū)土壤理化性質(zhì)與土壤酶活的相關(guān)性

由表3可知，研究區(qū)土壤pH與土壤有機(jī)質(zhì)和過氧化氫酶均呈顯著正相關(guān)(<0.05)，與脲酶呈極顯著正相關(guān)，與有效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)；土壤堿解氮與土壤速效鉀和土壤蔗糖酶呈極顯著正相關(guān)，與土壤淀粉酶呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤有效磷和土壤淀粉酶呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤速效鉀和土壤蔗糖酶呈極顯著正相關(guān)，與土壤淀粉酶呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤過氧化氫酶與土壤脲酶呈顯著正相關(guān)；土壤淀粉酶和土壤脲酶呈極顯著正相關(guān)。由此可知，土壤化學(xué)性質(zhì)和土壤酶活之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，且土壤各酶活相互間也密切相關(guān)，其中，土壤pH與土壤脲酶，堿解氮與速效鉀、蔗糖酶，速效鉀與蔗糖酶，淀粉酶與脲酶等相互間的相關(guān)系數(shù)在0.6 ~ 0.8之間呈強(qiáng)相關(guān)，因而土壤pH、堿解氮、速效鉀、淀粉酶、脲酶等可以作為評價(jià)云橋退耕濕地土壤生態(tài)恢復(fù)的重要指標(biāo)。

3 討論

土壤理化性質(zhì)是濕地生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的生態(tài)因子，直接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分能反映濕地生境，可以作為評價(jià)濕地土壤生態(tài)恢復(fù)質(zhì)量的重要指標(biāo)[7, 19-22]。其中，土壤水分和土壤有機(jī)質(zhì)是濕地土壤區(qū)別于陸地的最主要特征，王莉雯和衛(wèi)亞星[24]利用高光譜模型對盤錦濕地土壤氮磷含量的研究指出氮磷也是濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤中的重要營養(yǎng)元素，其對濕地植被生長、濕地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和濕地環(huán)境生態(tài)凈化功能等具有重要的影響作用。本文研究結(jié)果表明：隨著退耕時(shí)間的增加，云橋退耕恢復(fù)濕地土壤養(yǎng)分含量也逐年增加，但退耕濕地土壤的整體養(yǎng)分含量仍低于鄰近陸地土壤，這與張平究等[21]、包先明等[23]對菜子湖退耕初期濕地土壤養(yǎng)分的研究結(jié)果相一致，即退耕初期濕地土壤養(yǎng)分整體低于陸地土壤。研究區(qū)濕地土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀呈退耕5 a<3 a<7 a的變化規(guī)律，可能與濕地退耕前的土壤養(yǎng)分含量有關(guān)，對照區(qū)未退耕的陸地土壤養(yǎng)分整體存在5 a<3 a<7 a的差異(表1)。其中，在退耕恢復(fù)的3 ~ 5 a濕地土壤養(yǎng)分整體呈降低趨勢，這可能是由于退耕后土壤處于長期的水淹狀態(tài)，使得原有的土壤養(yǎng)分流失；同時(shí)土壤水文條件的改變也會影響土壤生物的數(shù)量，進(jìn)而影響到濕地土壤的整體肥力。在退耕恢復(fù)7 a研究區(qū)土壤的整體肥力有所增強(qiáng)，這可能與退耕還濕后人類干擾活動的減少有關(guān)，但由于研究區(qū)退耕濕地的恢復(fù)時(shí)間較短，水生植物群落的生物量還處于增長期，因而研究區(qū)退耕濕地土壤的整體養(yǎng)分仍低于對照區(qū)的陸地土壤，研究區(qū)的濕地土壤還需要更長的恢復(fù)時(shí)間才可能演替到自然濕地的穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 研究區(qū)土壤理化性質(zhì)與土壤酶活的相關(guān)性

注：= 27，** 表示在<0.01 水平顯著相關(guān)，* 表示在< 0.05 水平顯著相關(guān)。

土壤酶是土壤生物地球化學(xué)循環(huán)的重要參與物質(zhì)，主要來源于土壤微生物、植物根系分泌物和動植物殘?bào)w[17]。土壤酶不僅參與土壤中許多重要的生物化學(xué)過程，而且與土壤理化性質(zhì)[25-26]、土壤肥力狀況[20, 27]密切相關(guān)，在一定程度上也可以表征濕地土壤的演變動態(tài)[28]。包先明等[23]指出土壤酶活是評價(jià)土壤肥力

的重要指標(biāo)，對退耕時(shí)間序列下濕地土壤酶活性研究，可更深入認(rèn)識退化濕地生態(tài)恢復(fù)過程。本文通過研究云橋濕地土壤酶在退耕時(shí)間梯度上的變化得出：在退耕恢復(fù)的3 ~ 7 a，除土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性在退耕5 ~ 7 a增強(qiáng)外，脲酶和淀粉酶活性均明顯降低，這與包先明等[23]對菜子湖退耕濕地酶活變化的研究結(jié)果相一致。其中，退耕濕地土壤的過氧化氫酶和蔗糖酶活性在退耕恢復(fù)7 a后略高于鄰近陸地土壤，表明退耕恢復(fù)3 ~ 7 a濕地土壤有機(jī)質(zhì)的積累程度和腐殖質(zhì)的腐化程度增強(qiáng)，土壤肥力逐漸增強(qiáng)；土壤脲酶和淀粉酶活性在退耕恢復(fù)的3 ~ 5 a略低于鄰近陸地土壤，這是因?yàn)橥烁€濕后土壤長期的水淹狀態(tài)，會對土壤微生物的數(shù)量產(chǎn)生影響，對土壤酶的活性產(chǎn)生影響，這一結(jié)果也與包先明等[23]研究結(jié)果相一致,說明研究區(qū)退耕濕地土壤酶活性向著自然濕地方向演替。本研究中退耕還濕7 a后濕地土壤的酶活整體略高于鄰近陸地土壤的酶活，因此我們將研究區(qū)退耕恢復(fù)7 a的土壤養(yǎng)分及酶活與退耕恢復(fù)21 a菜子湖的土壤養(yǎng)分和酶活[23]變化趨勢進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)濕地土壤在退耕恢復(fù)5 ~ 7 a的變化趨勢與菜子湖濕地接近(圖3)，這表明云橋濕地土壤在退耕5 ~ 7 a向著濕地土壤肥力的方向演化，但由于研究區(qū)濕地土壤恢復(fù)時(shí)間較短，還需要對研究區(qū)退耕還濕后的土壤生態(tài)恢復(fù)演替過程進(jìn)行長期的科學(xué)研究。

圖3 菜子湖與云橋濕地土壤在時(shí)間梯度上的生態(tài)恢復(fù)變化趨勢

本文對不同退耕年限下濕地土壤養(yǎng)分和酶活的相關(guān)性分析，得出土壤pH與土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、過氧化氫酶和脲酶在<0.01水平呈極顯著相關(guān)，其中土壤pH、速效鉀、堿解氮、過氧化氫酶和脲酶可以作為評價(jià)云橋濕地土壤恢復(fù)的重要指標(biāo)。研究區(qū)濕地土壤的理化性質(zhì)與土壤酶活間存在極大的相關(guān)性，這與楊曉東等[28]對艾比湖濕地的研究結(jié)果相一致，同時(shí)通過對不同植物群落下濕地土壤的理化性質(zhì)和酶活做歸一化處理，比較不同植物群落在時(shí)間梯度上對退耕濕地土壤整體肥力的作用效果，得出雀稗(1.882)和白茅(1.647)植物群落對退耕濕地土壤的恢復(fù)效果良好，而蘆葦群落的土壤肥力在退耕恢復(fù)的5 ~ 7 a相對較薄弱，但其土壤養(yǎng)分的歸一化值(-2.18)與李勇等[26]對濱河濕地蘆葦群落土壤理化性質(zhì)歸一化處理的研究結(jié)果值相吻合，表明蘆葦植物群落對退耕濕地土壤養(yǎng)分的恢復(fù)也起到一定的促進(jìn)作用。其中，3種植物群落土壤養(yǎng)分在退耕恢復(fù)3 ~ 7 a呈現(xiàn)：雀稗>白茅>蘆葦?shù)淖兓?guī)律，這可能與3種植物本身的生物學(xué)特性以及植物對退耕濕地水文的適應(yīng)等因素有關(guān)。如雀稗為川西地區(qū)常見的速生禾草濕地植被[29]，也是本文研究區(qū)濕地自然生長的植物群落，其適應(yīng)性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、入土深，可以直接改善退耕后的濕地土壤，且在秋冬季植物地上部分枯萎，土壤有機(jī)質(zhì)得到積累，濕地土壤肥力明顯增強(qiáng)。而蘆葦是濕地建設(shè)期人工種植的優(yōu)勢植物種，在生長初期植物生長較為緩慢，需要汲取更多的營養(yǎng)成分[30]，且對土壤的恢復(fù)作用也受蘆葦自身固定作用的影響[31]，因而在恢復(fù)初期對濕地土壤養(yǎng)分的恢復(fù)效果暫不顯著，由此可見，植物群落類型對退耕濕地土壤的恢復(fù)效果有一定的影響。

通過以上分析討論，本文為云橋濕地后期的維護(hù)和管理提出了3點(diǎn)改進(jìn)意見：①每年冬季定期收割部分水生植物，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，為春夏植物生長提供更多養(yǎng)分，同時(shí)也為土壤動物和土壤微生物提供了充足的食物；②在春季可以適當(dāng)?shù)叵驖竦赝寥劳斗乓恍┥锞海瑪U(kuò)大微生物數(shù)量，有助于加速土壤養(yǎng)分的吸收，提高土壤酶活；③不同的植物群落類型對退耕濕地土壤養(yǎng)分作用效果不同，可以增加濕地水生植物類型并根據(jù)對土壤各養(yǎng)分的補(bǔ)增效果進(jìn)行混植，有助于加快濕地生態(tài)恢復(fù)等。

本文對云橋濕地不同退耕年限下3種植物群落下的土壤生態(tài)恢復(fù)過程做了初步探究，為水源濕地生態(tài)恢復(fù)工程的物種選擇、植物配置以及退耕還濕后期的維護(hù)和管理等均具有一定的參考價(jià)值。但由于研究區(qū)退耕恢復(fù)時(shí)間較短，且本文只選取了3種植物群落類型，因此后期還需要在研究區(qū)選擇更多的植物群落類型來探究不同植物群落對退耕濕地土壤的生態(tài)恢復(fù)效果，通過對退耕濕地土壤的生態(tài)恢復(fù)過程進(jìn)行長期且持續(xù)的檢測，以期對退耕濕地土壤的生態(tài)演替過程有一個(gè)全面且科學(xué)的認(rèn)識。

4 結(jié)論

1)退耕還濕后，研究區(qū)濕地土壤的化學(xué)性質(zhì)在時(shí)間梯度上呈先降低后增加的變化趨勢，且土壤的整體肥力低于對照區(qū)的陸地土壤；而濕地土壤的酶活隨著退耕時(shí)間的增加，與陸地土壤差異明顯，表明退耕濕地土壤的生態(tài)恢復(fù)可能正朝著自然濕地的演替方向進(jìn)行。

2) 在退耕恢復(fù)的時(shí)間序列上，3種植物群落間的整體土壤養(yǎng)分水平存在差異說明植物群落類型對退耕濕地土壤的恢復(fù)效果可能存在差異。本文研究發(fā)現(xiàn)雀稗群落能有效增強(qiáng)退耕濕地土壤肥力，而蘆葦群落對土壤肥力的增強(qiáng)效果相對較弱。

3)退耕濕地土壤化學(xué)性質(zhì)和土壤酶活的相關(guān)性關(guān)系表明濕地土壤酶活和化學(xué)性質(zhì)關(guān)系密切，能夠在一定程度上反映土壤的營養(yǎng)水平。其中土壤pH、堿解氮、速效鉀與土壤淀粉酶和脲酶在<0.01水平上呈極顯著相關(guān)且相關(guān)值較高，可以作為評價(jià)云橋退耕濕地土壤生態(tài)恢復(fù)的重要指標(biāo)。

致謝：感謝王麗教授給出寶貴的修改意見，并耐心指導(dǎo)；感謝黨寧馨、唐彬童、程婷婷、劉堯堯等研究生同學(xué)試驗(yàn)中的意見指導(dǎo)；感謝舒超、李高明等參與野外采樣。

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Soil Characteristics Under Different Vegetation Communities in Wetlands Returned from Farmlands with Different Years

JIA Honghong1, GU Bin1*

(Key Laboratory of Bio-resources and Eco-Environment Ministry of Education, College of Life Sciences, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

In this paper, the wetlands in Yunqiao wetland returned from farmland with different years (3, 5, 7 a) in Chengdu Water Source Protection Area were selected to study soil physiochemical properties and enzyme activities under different vegetation communities and to evaluate the effects of vegetation communities on wetland restoration. The results showed that soil nutrients and enzyme activities of the returned wetlands were in the order of 5 a <3 a <7 a. The fertility of returned wetland increased gradually in 5 a returning. Enzyme activities in the 3 – 5 a returned wetlands were lower than those in the control area, but no significant difference was observed between the 7 a returned wetland and the control area. There were differences in wetland restoration effects under different vegetation communities, among of which, paspalum showed the best, but reed was poorer. Correlation analysis showed that soil pH, alkali hydrolyzed nitrogen, available potassium, amylase and urease activities could be used as the indexes to evaluate the effects of wetland ecological restoration in the protection area in the water source in Chengdu. In summary, the above results provided the scientific guidance for the management and maintenance in the late period of returned wetland in water source protection area.

Returning farmland to wetland; Soil nutrient; Enzyme activity; Vegetation community

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAC05B05)資助。

(amakusa@126.com)

賈宏宏(1993—)，女，陜西咸陽人，碩士研究生，主要研究方向是邊坡生態(tài)恢復(fù)和濕地生態(tài)恢復(fù)。E-mail: 1376494806@qq.com

Q819

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.04.012