鹽城沿海灘涂濕地不同植物群落對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

陳志洲,符蘭吟,陳亞芹,張亞楠,鄧麗娜,張楷歆,李洪山,成 海*

(1.江蘇鹽城國家級(jí)珍禽自然保護(hù)區(qū)管理處,江蘇鹽城 224057;2.鹽城工學(xué)院海洋與生物工程學(xué)院,江蘇鹽城 224051)

江蘇海濱濕地為淤泥質(zhì)潮灘,擁有著豐富的灘涂資源,保持了天然的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能[1]。濱海灘涂濕地的植物群落生境層次十分明顯,在灘涂寬闊、人類干擾程度小的沿海海岸段,從海邊向陸地方向過渡生態(tài)類依次為無植被的光灘、鹽地堿蓬灘、獐茅草灘、白茅草灘或蘆葦灘[2]。但自從將互花米草(Spatinaalterniflora)引入種植到灘涂后,由于互花米草能夠防風(fēng)固沙且能阻擋潮流,影響了潮水的上漲以及漫延,從而可以改變土壤條件,而土壤因子的改變將影響植物生長(zhǎng)、繁殖和種間競(jìng)爭(zhēng),進(jìn)而改變海濱濕地植物群落生境[3-4]。然而,濕地植物分布和生長(zhǎng)與土壤理化性質(zhì)間相互影響,且這種影響效應(yīng)因植物種類不同而異[5]。目前關(guān)于濱海濕地植物生長(zhǎng)與土壤因子間的研究相對(duì)較少。

灘涂濕地具有高度敏感和脆弱特征,在自然和人為的雙重影響下,濕地的植被處于高度的動(dòng)態(tài)演變中[3]。解析海濱濕地土壤理化特性與植物群落生境之間的關(guān)系是科學(xué)認(rèn)識(shí)濕地生態(tài)過程、維護(hù)海濱濕地功能的基礎(chǔ)[3]。該研究為探討不同植物群落覆被對(duì)濱海灘涂土壤理化特性的影響,以江蘇鹽城地區(qū)灘涂濕地的不同植物群落交錯(cuò)帶為研究對(duì)象,對(duì)不同植物覆被區(qū)的土壤理化指標(biāo)進(jìn)行分析和比較,明確四季灘涂濕地不同植被群落交錯(cuò)帶下植物生長(zhǎng)過程中土壤理化特性因子的變化情況,為進(jìn)一步科學(xué)認(rèn)識(shí)海濱濕地植物群落生境的生態(tài)過程及其動(dòng)態(tài)演變打下基礎(chǔ),也為海濱濕地保護(hù)與合理利用提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 土樣來源及預(yù)處理江蘇鹽城條子泥市級(jí)自然保護(hù)區(qū)(32°43′53″～32°52′57.16″N,120°53′58.38″～121°3′13.06″E)具有高泥淤泥質(zhì)海灘,由海到陸呈現(xiàn)明顯的植被分異,保護(hù)區(qū)雨熱同季,夏季雨量集中。該研究以條子泥保護(hù)區(qū)內(nèi)植物群落交錯(cuò)帶劃分生境梯度帶,選擇蘆葦-互花米草交錯(cuò)帶(E1)、互花米草-鹽地堿蓬交錯(cuò)帶(E2)、鹽地堿蓬內(nèi)部帶(E3)、鹽地堿蓬群落邊緣帶(E4)為研究對(duì)象,在2021年6月現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并記錄每個(gè)梯度帶內(nèi)植物的種類、蓋度、株高,并分別在當(dāng)年的3、6、9、12月于每個(gè)梯度帶上設(shè)置5個(gè)樣方的取樣法,取5個(gè)直徑為1 m×1 m 的樣方,深度為20 cm的混合土樣,自然風(fēng)干后,過60目篩后,置于密封袋中貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗(yàn)器材分光光度計(jì)、分析天平、恒溫加熱器、坩堝、加熱爐、凱氏定氮儀、pH計(jì)、環(huán)刀、燒杯、玻璃棒、錐形瓶、量筒、試管架、漏斗等。

1.3 試驗(yàn)方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并記錄每個(gè)樣方內(nèi)植物的種類、蓋度、株高;采用電位法測(cè)定土壤pH[6];質(zhì)量法測(cè)定鹽分含量[7];重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤的有機(jī)質(zhì)含量[7];環(huán)刀法測(cè)定土壤含水量[6];半微量凱氏定氮法測(cè)定總氮含量[7];氯化鉀溶液提取-分光光度法測(cè)定氨氮含量[7]。各試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)量時(shí)均重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析測(cè)定的土壤理化特性指標(biāo)數(shù)據(jù)采用 Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和作圖,采用 SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件的單因素(One-way-ANOVA)結(jié)合LSD法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物群落交錯(cuò)帶的植物群落組成特征現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)(表1),蘆葦-互花米草交錯(cuò)帶(E1)中植物群落的蓋度、株高高于其余植物群落交錯(cuò)帶,互花米草-鹽地堿蓬交錯(cuò)帶(E2)中總植物群落的蓋度、株高高于純鹽地堿蓬群落帶(E3、E4),其中E2中鹽地堿蓬的平均蓋度、高度均低于E3、E4;互花米草群落邊緣通過分蘗向鹽地堿蓬群落內(nèi)部方向擴(kuò)張,鹽地堿蓬內(nèi)部帶(E3)植物蓋度高于鹽地堿蓬群落邊緣帶(E4),株高差異不大。

表1 6月不同梯度帶植物組成和特征

2.2 不同植物群落交錯(cuò)帶的土壤pH從圖1可看出,整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)蘆葦-互花米草交錯(cuò)帶(E1)土壤的pH均高于其他植物群落交錯(cuò)帶,9月份時(shí)E3土壤的pH最低,為7.78,3月份時(shí)E1土壤的pH最高,為8.9,屬于強(qiáng)堿性土。結(jié)果表明研究區(qū)土壤pH均較高,整體為堿性土壤,3月份時(shí)土壤的堿性稍強(qiáng)。

注:不同小寫字母表示同一月份不同交錯(cuò)帶間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).圖1 不同植物群落交錯(cuò)帶土壤的pHFig.1 pH of soils in different ecotone zones of plant communities

2.3 不同植物群落交錯(cuò)帶的土壤鹽分含量由圖2可知,在3、6、9、12月中鹽地堿蓬內(nèi)部帶(E3)鹽分含量均為最高值,6月份時(shí)E3土壤鹽分含量最高,為27 g/kg。在3、6、9、12月中條子泥灘涂濕地保護(hù)區(qū)中蘆葦-互花米草交錯(cuò)帶(E1)和互花米草-鹽地堿蓬交錯(cuò)帶(E2)的土壤鹽分含量較低,鹽地堿蓬內(nèi)部帶(E3)的土壤鹽分含量較高。

注:不同小寫字母表示同一月份不同交錯(cuò)帶間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).圖2 不同植物群落交錯(cuò)帶土壤的鹽分含量Fig.2 Soil salt content in different ecotone zones of plant communities

2.4 不同植物群落交錯(cuò)帶的土壤含水量從圖3可以看出,所有土壤的含水量均大于30%,相比較而言12月份土壤含水量均較高。3月份時(shí)蘆葦-互花米草交錯(cuò)帶(E1)土壤含水量較高,其中E4含水量最低;除了3月份,6、9、12月的鹽地堿蓬內(nèi)部帶(E3)的土壤含水量較高。

注:不同小寫字母表示同一月份不同交錯(cuò)帶間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).圖3 不同植物群落交錯(cuò)帶土壤的含水量Fig.3 Soil water content in different ecotone zones of plant communities

2.5 不同植物群落交錯(cuò)帶的土壤有機(jī)質(zhì)含量由圖4可知,3、9月時(shí)土壤中有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)出E1和E2顯著高于E3和E4(P<0.05),6月時(shí)E3土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高,12月時(shí)E2土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高。結(jié)果表明研究區(qū)中鹽地堿蓬內(nèi)部帶(E3)6月時(shí)土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高,3、9、12月互花米草-鹽地堿蓬交錯(cuò)帶(E2)土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高。

注:不同小寫字母表示同一月份不同交錯(cuò)帶間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).圖4 不同植物群落交錯(cuò)帶土壤的有機(jī)質(zhì)含量Fig.4 Organic matter content in soils of different ecotone zones of plant communities

2.6 不同植物群落交錯(cuò)帶的土壤氨氮和總氮含量由圖5可知,在3、6、9、12月中不同植物群落交錯(cuò)帶的土壤氨氮含量和總氮含量的變化趨勢(shì)一致。3月時(shí)E1和E2土壤的氨氮和總氮含量較E3、E4高(P<0.05),6月時(shí)E3土壤中氨氮和總氮含量最高,9月時(shí)E1土壤中總氮含量最高,12月時(shí)不同交錯(cuò)帶的土壤中氨氮和總氮含量差異變化不大(P>0.05)。

注:不同小寫字母表示同一月份不同交錯(cuò)帶間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).圖5 不同植物群落交錯(cuò)帶土壤的氨氮和總氮含量Fig.5 Ammonia nitrogen and total nitrogen contents in soils of different ecotone zones

2.7 不同植物群落交錯(cuò)帶土壤因子的相關(guān)性由表2可知,灘涂濕地不同生境群落土壤的pH與鹽分含量、含水量呈負(fù)相關(guān);土壤的鹽分含量與有機(jī)質(zhì)含量、氨氮含量、總氮含量呈負(fù)相關(guān);土壤含水量與氨氮含量、有機(jī)質(zhì)含量與氨氮含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),總氮含量與有機(jī)質(zhì)含量、氨氮含量與總氮含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表2 土壤理化特性因子的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

在江蘇鹽城條子泥市級(jí)自然保護(hù)區(qū)灘涂濕地上植被以鹽地堿蓬為主,分布有互花米草和蘆葦?shù)饶望}植物,多為單優(yōu)勢(shì)種群落。研究發(fā)現(xiàn)在3、6、9、12月中保護(hù)區(qū)灘涂濕地的土質(zhì)pH最低值為7.78,表現(xiàn)為堿性土壤,3月土壤堿性稍強(qiáng),研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)不同的耐鹽植物生長(zhǎng)后土壤pH變化差異并不大[8]。

鹽地堿蓬是濱海灘涂高鹽土壤生長(zhǎng)的“先鋒植物”,在該研究中高覆被區(qū)鹽地堿蓬的表層土壤水溶性鹽含量較高,考慮這可能是因?yàn)辂}地堿蓬為一年生的鹽生植物,生長(zhǎng)期間吸收土壤鹽分,生長(zhǎng)期易形成枝葉凋落物,凋落物分解后,大量鹽分返回表層土壤,增加了表層土壤水溶性鹽含量[9]。對(duì)保護(hù)區(qū)土壤含水量測(cè)定發(fā)現(xiàn)鹽地堿蓬覆被可提高土壤的最大持水性,這與陳立華等[5]的研究結(jié)果一致。植物需從土壤中不斷吸收氮、磷、鉀等礦質(zhì)元素維持生長(zhǎng)發(fā)育[10],而土壤表層的有機(jī)質(zhì)等含量與植物根系新陳代謝和枯枝落葉形成的腐殖質(zhì)相關(guān)[5],該研究中互花米草-鹽地堿蓬交錯(cuò)帶(E2)覆被的土壤中有機(jī)質(zhì)、氨氮和總氮含量整體較高,可能原因是互花米草具有發(fā)達(dá)的根組織,而根系會(huì)吸收深層土壤中元素并向根際土層轉(zhuǎn)運(yùn),用于其生長(zhǎng)發(fā)育[11];且鹽地堿蓬為一年生草本植物,生長(zhǎng)期枝葉凋落物積累量大,凋落物分解后增加土壤養(yǎng)分的回還[12],因此,互花米草-鹽地堿蓬交錯(cuò)帶土壤的有機(jī)質(zhì)、氨氮和總氮含量易于積累。

該研究結(jié)果還顯示灘涂濕地不同生境群落土壤的鹽分含量與有機(jī)質(zhì)含量、氨氮含量、總氮含量呈負(fù)相關(guān),分析可能原因是高鹽環(huán)境抑制植物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收,影響了土壤中養(yǎng)分的含量。土壤含水量與氨氮含量、總氮含量、有機(jī)質(zhì)含量均呈正相關(guān),分析原因是濱海灘涂區(qū)域的土壤含水量高,易于枝葉凋落物的腐爛分解,進(jìn)而增加了表層土壤養(yǎng)分。

綜上所述,條子泥保護(hù)區(qū)土壤整體偏堿性,土壤的保水性高,蓄水能力較強(qiáng);鹽地堿蓬內(nèi)部群落帶表層土壤鹽分含量較高;在互花米草-鹽地堿蓬高覆蓋區(qū)有機(jī)質(zhì)、氨氮、總氮含量整體較高。研究不同的植物群落覆被對(duì)灘涂土壤理化特性的影響,可為深入了解海濱濕地生態(tài)系統(tǒng)的演替過程打下基礎(chǔ),也為濕地的保護(hù)和利用提供參考依據(jù)。