查干湖濕地不同類型植被土壤碳氮磷含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征

摘要：地處松嫩平原鹽堿土區(qū)內(nèi)的查干湖濕地，因其獨(dú)特的土壤環(huán)境而形成特殊的生態(tài)系統(tǒng)。為探明該區(qū)域濕地土壤碳、氮、磷含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征，本研究分析了不同類型植被（堿蓬、水稗、蘆葦+香蒲（以下簡(jiǎn)稱蘆蒲）、蘆葦和蘆葦+苔蘚（以下簡(jiǎn)稱蘆苔））覆蓋下土壤有機(jī)碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征。結(jié)果表明：查干湖濕地0-20 cm土層土壤SOC、TN、TP含量均顯著大于20-40cm土層，不同類型植被覆蓋下土壤SOC、TP含量及表層TN含量大多差異顯著，蘆葦覆蓋下的土壤SOC含量最高，堿蓬覆蓋下的土壤TN含量及水稗覆蓋下的土壤TP含量最高。0-20 cm土層，5種類型植被覆蓋下土壤的C/N、C/P、N/P值范圍分別為183.34-2 066.08、57.99-482.73、0.13-0.85；20-40 cm土層，C/N、C/P、N/P值范圍分別為83.34～2 265.20、17.77-437.22、0.13-0.25。蘆葦覆蓋下不同土層土壤的C/N、C/P值及堿蓬覆蓋下的N/P值表現(xiàn)為最大。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，C/N與土壤SOC含量呈極顯著正相關(guān)；C/P與土壤SOC含量和C/N呈極顯著正相關(guān)；N/P與土壤TN含量呈極顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果可為查干湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和管理提供理論參考。

關(guān)鍵詞：鹽堿濕地；碳氮磷；生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)；植被覆蓋

中圖分類號(hào)：S158 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024）12-0086-06

碳（C）、氮（N）、磷（P）元素參與土壤養(yǎng)分循環(huán)和轉(zhuǎn)化，其化學(xué)計(jì)量比是土壤有機(jī)質(zhì)含量和質(zhì)量的重要指標(biāo)，能反映有機(jī)質(zhì)分解速率及養(yǎng)分礦化和固持間的平衡關(guān)系。查干湖濕地是以淺水型湖泊為核心的典型草原湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)環(huán)境是影響查干湖土壤碳氮磷的重要主導(dǎo)因素。凋落物和根系分泌物是土壤碳、氮的主要來(lái)源，土壤磷素除受有機(jī)質(zhì)輸入影響，還受母巖風(fēng)化等的影響。而有機(jī)質(zhì)的輸入主要依靠地上植物新陳代謝提供，不同植物所產(chǎn)生的凋落物和分泌物存在一定差異，導(dǎo)致土壤碳氮磷含量和化學(xué)計(jì)量比不同。此外，查干湖濕地是典型的鹽堿土壤，也是保護(hù)生物多樣性的重點(diǎn)研究區(qū)域，因此探究該區(qū)域不同類型植被覆蓋下土壤的C、N、P含量及其化學(xué)計(jì)量特征，有助于了解土壤養(yǎng)分在植物和土壤間的循環(huán)特征，為鹽堿濕地生態(tài)恢復(fù)與管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

前人研究了不同類型植被對(duì)濕地土壤碳氮磷的影響，張全軍等對(duì)翻陽(yáng)湖優(yōu)勢(shì)植物的碳、氮、磷釋放動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行了研究，聶磊超等利用高光譜反演研究了濱海濕地植物的碳、氮、磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，劉展航等揭示了互花米草入侵對(duì)濕地土壤碳氮磷及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的影響，Zhang等研究了葉片碳氮磷化學(xué)計(jì)量的區(qū)域格局及其影響變量。以上研究為進(jìn)一步了解濕地土壤碳氮磷的空間分布特征和生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征奠定了研究基礎(chǔ)，但是圍繞查干湖鹽堿濕地土壤開(kāi)展的此類研究尚少見(jiàn)。為此，本研究選取該區(qū)域優(yōu)勢(shì)植物水稗、蘆葦、蘆葦+苔蘚、蘆葦+香蒲和堿蓬覆蓋下的土壤為研究對(duì)象，探究土壤碳、氮、磷含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，分析土壤養(yǎng)分與其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比之間的相關(guān)性，明晰不同類型植被和不同土層土壤C、N、P化學(xué)計(jì)量特征及其主導(dǎo)影響因子，以期為查干湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和管理提供理論參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

松嫩平原是東北平原的最大組成部分，也是我國(guó)鹽堿濕地的集中分布區(qū)，鹽堿濕地面積約為57.8萬(wàn)hm2。本研究區(qū)位于松嫩平原境內(nèi)的查干湖自然保護(hù)區(qū)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年均降水量415.4 mm，年均蒸發(fā)量964mm。區(qū)域內(nèi)廣泛分布?jí)A蓬、蘆葦、香蒲等耐鹽性濕地植被。

1.2土壤樣本采集

根據(jù)查干湖鹽堿濕地土壤和覆蓋植被類型確定目標(biāo)地塊，分別采集鹽堿濕地上覆蓋優(yōu)勢(shì)植被堿蓬、水稗、蘆葦+香蒲（以下簡(jiǎn)稱蘆蒲）、蘆葦和蘆葦+苔蘚（以下簡(jiǎn)稱蘆苔）的土壤樣品。每塊樣地以2 mx2 m為一個(gè)樣方，共布置3個(gè)樣方。每個(gè)樣方采用“S”形取樣法分兩個(gè)土層（0-20 cm和20-40 cm）采集土樣。采集的土樣在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，除去可見(jiàn)的石塊及動(dòng)植物殘?bào)w等雜質(zhì)，用研缽充分碾碎后過(guò)0.25 mm篩，裝入透明試驗(yàn)袋后標(biāo)記、密封備用。土壤樣地植被類型見(jiàn)表1。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤有機(jī)碳（SOC）含量采用重鉻酸鉀法外加熱法測(cè)定，全磷（TP）含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全氮（TN）含量采用凱氏定氮法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制圖。土壤碳、氮、磷含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)（C/N、C/P、N/P）通過(guò)單因素方差分析（one-way ANOVA）的LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；土壤碳、氮、磷含量及植被類型與生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析法。

2結(jié)果與分析

2.1不同類型植被覆蓋下鹽堿濕地土壤碳、氮、磷含量的分布特征

由圖1看出，同一土層，不同類型植被覆蓋的土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量大多差異顯著：在垂直方向上，不同植被覆蓋下土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量均表現(xiàn)為表層（0-20 cm）顯著高于深層（20-40 cm）。

在0-20 cm土層，不同類型植被覆蓋下土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔，其中，蘆葦覆蓋下土壤有機(jī)碳含量顯著高于其他植被覆蓋處理，較蘆蒲和蘆苔覆蓋處理分別高出6.1倍和8.3倍：土壤全氮含量表現(xiàn)為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆葦gt;蘆苔gt;水稗，其中堿蓬和蘆蒲覆蓋下土壤全氮含量顯著高于其他處理，分別較水稗覆蓋處理高出1.5倍和1.4倍，其他處理間差異不顯著：土壤全磷含量表現(xiàn)為水稗gt;蘆葦gt;蘆苔gt;堿蓬gt;蘆蒲，水稗覆蓋下土壤全磷含量顯著高于其他植被覆蓋處理，較堿蓬和蘆蒲覆蓋處理分別高出74.4％和1.1倍。

在20-40 cm土層，5種類型植被覆蓋的土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔，蘆葦覆蓋土壤有機(jī)碳含量較蘆蒲和蘆苔覆蓋處理分別高出4.5倍和23.6倍：各植被覆蓋下土壤全氮含量為0.002-0.005 g·kg-1，其中蘆苔、堿蓬和蘆葦覆蓋下土壤全氮含量略高于水稗和蘆蒲覆蓋土壤，但處理間差異均不顯著：土壤全磷含量在0.012-0.026 g·kg-1之間，表現(xiàn)為水稗gt;蘆葦gt;蘆苔gt;堿蓬gt;蘆蒲，不同類處理間差異大多達(dá)顯著水平。

綜上表明，不同類型植被覆蓋對(duì)鹽堿濕地土壤SOC、TP含量和表層土壤TN含量影響較大，對(duì)深層土壤TN含量影響較小。

2.2不同類型植被覆蓋下鹽堿濕地土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

由圖2看出，在0-20 cm土層，5種類型植被覆蓋下土壤C/N值在183.34-2 066.08之間，表現(xiàn)為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆苔gt;蘆蒲，其中蘆葦和水稗覆蓋處理間差異不顯著，但二者顯著高于其他處理，蘆葦覆蓋下土壤C/N值較堿蓬、蘆苔和蘆蒲覆蓋下分別高出2.8、7.3倍和10.3倍；土壤C/P值為57.99-482.73，蘆葦和堿蓬覆蓋下土壤C/P值顯著高于其他處理，分別較蘆苔覆蓋處理高出7.3倍和6.6倍，蘆蒲和蘆苔覆蓋處理間差異不顯著：土壤N/P值為0.13-0.85，表現(xiàn)為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔gt;蘆葦gt;水稗，堿蓬和蘆蒲覆蓋處理顯著高于其他處理，分別較水稗覆蓋處理高出5.4倍和4.1倍，其他處理之間差異不顯著。

在20-40 cm土層，5種類型植被覆蓋下土壤C/N值為83.34-2 265.20，除蘆苔、水稗覆蓋處理顯著低于表層土壤，其他植被覆蓋處理均顯著高于表層土壤，其中蘆葦覆蓋土壤C/N值最大，其次是水稗覆蓋處理，蘆苔覆蓋下土壤C/N值最小，僅為蘆葦覆蓋處理的3.7％；土壤C/P值范圍在17.77-437.22，表現(xiàn)為蘆葦gt;堿蓬gt;水稗gt;蘆蒲gt;蘆苔，處理間差異大多達(dá)顯著水平；土壤N/P值表現(xiàn)為堿蓬覆蓋處理最大，為0.25，水稗覆蓋處理最小，為0.13，二者差異顯著，但與其他處理間無(wú)顯著差異。

2.3不同類型植被覆蓋下土壤碳氨磷含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的相關(guān)性分析

不同類型植被覆蓋下土壤碳、氮、磷含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的相關(guān)性分析（圖3）表明，0-20cm土層（圖3A），N/P與TN含量呈極顯著正相關(guān)，與TP含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與C/N呈顯著負(fù)相關(guān)；C/P與soc含量呈極顯著正相關(guān)，與C/N呈顯著正相關(guān)；C/N與TN含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與TP和SOC含量呈極顯著正相關(guān)；TP含量與TN含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。20～40 cm土層（圖3B），N/P與TN含量呈極顯著正相關(guān)；C/P值與SOC含量和C/N呈極顯著正相關(guān)；C/N與SOC含量呈極顯著正相關(guān)：植被類型與TN含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

3討論

3.1土壤碳氮磷含量變化對(duì)植被覆蓋的響應(yīng)

C、N、P作為土壤營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)土壤肥力、植物生長(zhǎng)發(fā)育以及物質(zhì)循環(huán)過(guò)程都有影響，其含量高低及其化學(xué)計(jì)量比一定程度上反映植物的生長(zhǎng)狀況。本研究發(fā)現(xiàn)，5種植被覆蓋下查干湖鹽堿濕地土壤SOC、TN、TP含量呈現(xiàn)表層土壤高于深層，這與前人研究結(jié)果一致。表層土壤不僅含有大量的腐殖質(zhì)，而且是植物根系分布集中層，植物根系分泌物能夠向土壤輸入有機(jī)質(zhì)，Lei等研究指出，根系分泌物調(diào)節(jié)植物根際土壤的碳輸入和外排，維持整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的碳養(yǎng)分平衡。研究區(qū)以耐鹽的草本植物占主導(dǎo)，植物根系主要集中在0-20 cm土層，有機(jī)物質(zhì)在該層被轉(zhuǎn)化分解吸收，形成的土壤有機(jī)碳較多。土壤中的氮主要來(lái)源于枯枝落葉和動(dòng)物殘?bào)w，生物固氮和大氣也有少量補(bǔ)給，因此氮素主要分布于生物活性較強(qiáng)的0-20 cm土層。相關(guān)性分析表明，0-20 cm土層中，土壤TN含量和1P含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，氮的輸入促進(jìn)無(wú)機(jī)磷溶解釋放，并轉(zhuǎn)化為有效態(tài)和可溶態(tài)無(wú)機(jī)磷，加速土壤磷的釋放和有效磷養(yǎng)分吸收，使磷含量降低。不同類型植被覆蓋對(duì)表層土壤TN含量影響較大，而對(duì)深層土壤TN含量的影響較小。這可能由于不同的植被類型對(duì)土壤氮礦化速率有顯著差異，而深層土壤由于距離植被較遠(yuǎn)，受到植被覆蓋類型的影響較小。

胡聰?shù)妊芯堪l(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分隨著濕地植被類型改變呈現(xiàn)不同的特征。本研究發(fā)現(xiàn)，不同植被類型對(duì)各土層土壤SOC含量的影響表現(xiàn)為蘆葦gt;水稗gt;堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔。蘆葦覆蓋土壤SOC含量最高，這是由于蘆葦長(zhǎng)期生活在水分飽和條件下，高水分使其土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量上升，且電導(dǎo)率高抑制部分微生物呼吸作用，降低碳損耗。蘆苔覆蓋土壤SOC含量低，這主要是因?yàn)樘μ\植被生物量少導(dǎo)致其SOC含量低。土壤TN含量可以反映土壤氮素的供應(yīng)狀況，同時(shí)也能衡量土壤肥力，直接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的植被狀況。不同植被覆蓋下表層土壤TN含量表現(xiàn)為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆葦gt;蘆苔gt;水稗，這可能由于濕地植被所處地理環(huán)境及植物凋落物含氮量不同，導(dǎo)致土壤TN含量產(chǎn)生差異。各土層土壤TP含量表現(xiàn)為水稗gt;蘆葦gt;蘆苔gt;堿蓬gt;蘆蒲。土壤TP含量高低大多依賴于土壤成土母質(zhì)和成土的作用，土壤TP含量有差異可能是不同植被類型含磷量有差異所致。

3.2土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量影響因素分析

土壤C/N的變化不僅反映土壤有機(jī)質(zhì)的礦化狀況，而且能夠預(yù)測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)和植物殘?bào)w的分解速率，其值越低對(duì)應(yīng)較高的分解速率。本研究表明，蘆葦覆蓋的土壤C/N值最高，表明土壤中凋落物的分解速率最低，對(duì)殘枝落葉的利用率較差。此外，在蘆葦生長(zhǎng)旺盛期，對(duì)氮的利用率相對(duì)較高也可能是C/N值高的原因之一。

土壤C/P反映土壤磷的礦化能力，其值越小，磷在土壤中的利用率越高。本研究發(fā)現(xiàn)，不同類型植被覆蓋土壤C/P值表現(xiàn)為蘆葦gt;堿蓬gt;水稗gt;蘆蒲gt;蘆苔，這可能因?yàn)樘J葦為優(yōu)勢(shì)植被，凋落物生物量大，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量高，土壤磷素含量較低，因此C/P值較高。

土壤N/P反映植物養(yǎng)分受限情況，氮和磷元素被廣泛認(rèn)為是各種環(huán)境條件下植物覆蓋的限制性營(yíng)養(yǎng)元素。本研究發(fā)現(xiàn)，不同植被覆蓋的土壤N/P值表現(xiàn)為堿蓬gt;蘆蒲gt;蘆苔gt;蘆葦gt;水稗。相關(guān)性分析表明，影響土壤N/P的關(guān)鍵因素是土壤的TN含量，相對(duì)較高的N/P值表明植被生長(zhǎng)受到磷限制。

4結(jié)論

綜上表明，查干湖鹽堿濕地5種主要植被類型覆蓋下的土壤養(yǎng)分和化學(xué)計(jì)量特征存在差異性，蘆葦覆蓋的土壤有機(jī)碳含量較高，堿蓬覆蓋土壤中全氮含量較高，水稗覆蓋土壤中全磷含量較高?；瘜W(xué)計(jì)量分析發(fā)現(xiàn)蘆葦覆蓋的土壤C/N和C/P值高于其他植被覆蓋，表明蘆葦植被是鹽堿濕地的優(yōu)勢(shì)植被，在鹽堿濕地生態(tài)修復(fù)及固碳方面具有一定潛力。