東洞庭湖湖濱帶不同生態功能區土壤有機質空間分異特征

歐芙容　呂殿青　楊文　劉春　趙丹丹

摘要：運用統計學方法研究了土壤有機質在東洞庭湖湖濱帶不同生態功能區的空間分異特征。結果表明：土壤有機質的水平分異為君山旅游區>漉湖蘆葦區>采桑湖濕地區>岳陽市區>麻塘居民區>團州農場區>城陵磯港口區；土壤有機質的垂直分異為除城陵礬港口和岳陽市區外，其余功能區的有機質含量都是從上到下遞減，希望為治理東洞庭湖環境污染提供理論指導。

關鍵詞：有機質；生態功能區；湖濱帶；空間分布

中圖分類號：S154.1 文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2014）04-0010-04

1、引言

湖濱帶是介于陸生生態系統和湖泊水生生態系統之間具有獨特水文、土壤、植被與生物特征的過渡性生態系統，土壤有機質作為湖濱帶土壤的重要生態因子，是植物有機營養和礦質營養的源泉，也是表征土壤肥料和土壤質量的重要指標。同時，土壤有機質在湖濱帶環境地球化學、污染化學和碳循環中扮演重要角色，是湖濱帶污染物和溫室氣體的“匯和源”。土壤有機質礦化過程中大量消耗氧、釋放出C、N、P、S等營養鹽，造成水質嚴重惡化和水體富營養化，并且土壤有機質礦化過程中還能產生大量CO₂、CH₄等溫室氣體及揮發性鹵代有機化合物等破壞臭氧層物質，通過吸附、絡合，土壤有機質還能對土壤中重金屬和有毒有機化合物的地球化學行為產生影響，因此，研究湖濱帶土壤有機質時空分布特征具有重要意義。

洞庭湖是長江流域最重要的吞吐調蓄性湖泊，近年來污染嚴重。從20世紀80年代到21世紀初的30年里，洞庭湖水質從Ⅱ類下降到V類，出現中度營養化，重金屬Cd和Cu污染較嚴重。產生這一現象的環境控制因子除了大量的N、P營養元素之外，還與土壤pH值和有機質密切相關。目前，針對土壤有機質在洞庭湖濕地不同演替階段的空間變異研究較多，但是從不同功能區探索土壤有機質沿水平和垂直兩個維度的空間分布并不多見。本文通過分析東洞庭湖湖濱帶不同功能區的土壤有機質分布規律和特點，為控制和治理污染作理論指導。

2、材料與方法

2.1 研究區域概況

東洞庭湖是洞庭湖湖系中最大的吞吐湖泊，地處長江中下游荊江段南側，位于28°59N～29°38N，112°4E～113°15E。天然湖面1328 km²，南有湘江、姿水、沅水、澧水四水匯入，北有松滋、太平、藕池三口與長江相通，湖水最后在岳陽城陵磯注入長江。該區域地處亞熱帶濕潤氣候區，全年日照充足，雨量充沛，年均溫16.5～17℃，無霜期258～275d，年平均降水量1i00～1400mm，4～6月多大雨和暴雨，降雨占年總降水量50%以上。湖州土壤成土母質為河流沖積物和湖積物，主要植被為蘆葦、南荻和短尖苔草。

2.2 土壤樣品采集

為了系統研究東洞庭湖湖濱帶不同生態功能區土壤有機質空間分布特征，于2009年11月枯水期，在東洞庭湖區的漉湖蘆葦區、團州農場區、君山旅游區、采桑湖濕地區、岳陽市區、城陵磯港口區、麻塘居民區等地布設了56個采樣點，樣點分布如圖1所示。取樣土層分為0～20 cm和20～40 cm。土壤樣品經風干、研磨和過100目篩（O.15 mm孔徑）后備用。采樣分布圖見圖1。

2.3 測定方法與數據處理

土壤有機質測定：重鉻酸鉀容量法一稀釋熱法；數據統計分析用Excel2003和Spss18.0分析。地圖由ArcGIS 9.0繪制。

3、結果與分析

3.1 土壤有機質統計特征

利用Spss軟件對東洞庭湖不同生態功能區0～20cm層和20～40cm層土壤有機質進行統計學分析，獲得空間變異狀況（表1）。漉湖蘆葦區20～40cm土壤有機質變異系數最小（18.85%），麻塘居民區O～20cm土壤有機質變異系數最大（71.47%）。不同功能區相比較而言，麻塘居民區、岳陽市區、城陵磯港口區兩土層土壤有機質變異系數較大，表明這些功能區受人為干擾程度較大。其原因可能與東洞庭湖不同生態功能區人類活動、土地利用方式、植被類型等因素有關。

對東洞庭湖湖濱帶兩個土層土壤有機質作統計分布圖（圖2）。結合表1和圖2分析，0～20cm土層有機質含量分布范圍在2.26～38.47g/kg之間，最大值采樣點A16和最小值采樣點A21，均位于采桑湖濕地保護區。從該區0～20cm土層有機質變異系數達59.67%，說明采桑湖濕地土壤有機質變化較大。20～40cm土層有機質含量分布范圍在2.82～25.61 g/kg，岳陽市區BLl為最大值采樣點，城陵磯港口S9為最小值采樣點。從圖2可知，東洞庭湖湖濱帶0～20cm和20～40cm土壤有機質均值分別為15.11g/kg和11.99g/kg，相對于滇池、玄武湖和西湖，含量明顯偏小。

3.2 不同生態功能區土壤有機質的垂直分布

湖濱帶土壤有機物來源分為內源與外源，內源主要來源于土壤和動植物有機物的殘體（地表枯落物、植物殘根等）。外源主要來源于地表徑流輸入及河流顆粒有機碳輸入，除此之外，人類活動大大增加了湖濱帶土壤有機質的外源輸入。東洞庭湖湖濱帶7個功能區兩層土壤有機質平均含量如圖3所示，城陵磯港口區和岳陽市區的有機質平均含量隨著深度的增加而增加，而其他功能區有機質平均含量隨著深度增加而呈現遞減的趨勢。這可能是因為，城陵磯港口區和岳陽市區人口密集，布局有大量的工礦企業，長期的工業排污和城市生活污水的直接排放，擾亂了土壤中有機質的分布規律。相比團州農場區和麻塘居民區，采桑湖濕地區、君山旅游區、漉湖蘆葦區0～20cm層有機質含量明顯高于20～40cm層有機質含量。其原因主要是這三個功能區受人類干預少，植物生長量大，并且表層土壤是植物根系的主要集中分布區，因此較大量生物殘體的腐解歸還為該層土壤提供較豐富的C源，從而使土壤有機質含量表層最高。

3.3 不同生態功能區土壤有機質的水平分布

由圖3可見，全湖0～20cm層土壤有機質在不同生態功能區的分布規律是：君山旅游區>漉湖蘆葦區>采桑湖濕地區>岳陽市區>麻塘居民區>團州農場區>城陵磯港口區。這主要是由于君山旅游區受人類生產活動干預較少，生物量大，每年凈同化累積的生物量幾乎全部投入該生態系統，有機碳的輸入量較大，有機質含量最高；漉湖蘆葦區是重要的造紙原料供應基地，地上生長的大部分蘆葦主要被人工收割轉移，蘆葦地下根系可達10cm，由于湖濱帶處于干濕交替過程，土壤微生物活動在處于淹水還原狀態時微弱，生物殘體分解緩慢，故有機質含量較高；采桑湖濕地區周圍未見工業活動，主要植被為短尖苔草，地下根系只有6～7cm，故有機質含量低于漉湖蘆葦區；由此說明，這三個功能區土壤有機質來源主要以內源為主。相比而言，其余功能區有機質受人類活動影響較大，含量相對較低，岳陽市區有機質含量與工業、城市排放的有機污染物分不開；經調查，新墻河經麻塘居民區注入東洞庭湖，可能是河流帶來的有機質堆積在居民區；團州農場區為糧食生產基地，土壤有機質可能來源于植被凋落物和植物殘根；城陵磯港口區為洞庭湖唯一出口人江處，植被覆蓋較差，受水流沖刷作用較大，致使有機質的滯留能力較差。

4、結語

（1）湖濱帶不同生態功能區土壤有機質的垂直分異為：城陵磯港口和岳陽市區的土壤有機質含量隨深度增加而增加，其他功能區土壤有機質含量隨深度增加而遞減，采桑湖濕地區、君山旅游區、漉湖蘆葦區遞減程度明顯高于團州農場區和麻塘居民區。

（2）湖濱帶不同生態功能區土壤有機質的水平分異為：受人類干擾程度低的君山旅游區、漉湖蘆葦區、采桑湖濕地區土壤有機質含量較高，其他功能區土壤有機質含量和人為干擾因素呈負相關關系。（3）現階段東洞庭湖水質惡化，不同生態功能區重金屬污染程度不同，研究不同生態功能區土壤有機質對治理東洞庭湖的污染具有決定作用。因此，治理洞庭湖，必須減少東洞庭湖外源有機質的注入，同時應有效遏制內源有機質的產生。