鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤養(yǎng)分的空間分布特征

彭桂群，劉星劍，敖子強(qiáng)

（1.江西省科學(xué)院，南昌 330029；2.江西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究院，南昌 330046）

鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤養(yǎng)分的空間分布特征

彭桂群1，劉星劍2，敖子強(qiáng)1

（1.江西省科學(xué)院，南昌 330029；2.江西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究院，南昌 330046）

本文通過(guò)研究鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤在不同植被類型和不同土壤深度下總有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、總鉀的含量變化，分析了鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤養(yǎng)分的空間分布特征。結(jié)果表明荻，濕地土壤總有機(jī)碳和總氮含量極顯著正相關(guān)，總有機(jī)碳和總磷含量、總氮與總磷含量之間則無(wú)相關(guān)性。這表明南磯山濕地土壤氮主要以有機(jī)質(zhì)的結(jié)合形態(tài)存在，筆者推測(cè)土壤中磷以無(wú)機(jī)磷結(jié)合形態(tài)存在，則鄱陽(yáng)湖輕度的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象可能由濕地土壤中無(wú)機(jī)磷淋溶所致。

鄱陽(yáng)湖；南磯山濕地；土壤養(yǎng)分；空間分布

濕地是陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡帶，具有巨大的環(huán)境功能和環(huán)境效益，被譽(yù)為“地球之腎”，它在抵御洪水、蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、凈化水質(zhì)、控制污染和保護(hù)生物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用。濕地土壤養(yǎng)分的含量變化受到濕地生態(tài)系統(tǒng)水文過(guò)程、植被類型和土壤理化性質(zhì)等多種因素的影響。土壤、植被、水文、氣候等因素在不同時(shí)空尺度上相互作用，共同影響著濕地生態(tài)系統(tǒng)類型的特征和濕地植被群落的形成過(guò)程；同時(shí)，濕地土壤養(yǎng)分的理化性狀不僅能反映濕地土壤結(jié)構(gòu)狀況和蓄水能力，而且影響濕地植被生長(zhǎng)[1]。

鄱陽(yáng)湖是我國(guó)最大的淡水湖泊，是我國(guó)公布的首批國(guó)家重點(diǎn)濕地保護(hù)地之一，是具有國(guó)際性保護(hù)意義的淡水濕地[2]。目前，對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地的研究大多集中在植被方面，對(duì)于濕地土壤的研究也有一些，如葛剛在鄱陽(yáng)湖濕地土壤氮元素[3]、弓曉峰在鄱陽(yáng)湖濕地土壤重金屬[4]、胡維等在鄱陽(yáng)湖濕地土壤TOC、TN和TP[5]、付姍等在南磯山濕地土壤碳、氮和磷的水位梯度分布等方面的研究工作[6]。但是，針對(duì)鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤養(yǎng)分進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究尚未見(jiàn)到，這使得開(kāi)展鄱陽(yáng)湖土壤養(yǎng)分的研究十分必要。本文通過(guò)分析南磯山濕地3種典型濕地植被土壤養(yǎng)分（TOC、TN、TP和TK）的垂直分布，揭示了不同植被濕地土壤養(yǎng)分的空間分布規(guī)律，旨在為進(jìn)一步探討鄱陽(yáng)湖濕地土壤元素的地球生物循環(huán)過(guò)程和生態(tài)修復(fù)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖南磯山濕地（海拔13～18 m）是贛江三大支流的河口與鄱陽(yáng)湖水體之間的水陸過(guò)渡帶。該地主要植被類型呈環(huán)帶狀分布（見(jiàn)圖1）。苔草群落（N28°53′59.3″，E116°19′26.5″）分布高程14～15 m，年平均出露153 d，主要植被為苔草，分布于近湖心區(qū)沿水一帶，縱深離水域200 m以內(nèi)，分布范圍較廣，該地為棕色、粘質(zhì)土壤，且土壤含水量高、孔隙極小、粘著性和可塑性都較強(qiáng)；南荻群落（N28°53′58.8″，E116°19′24.2″）分布高程為14.5～15.5 m，年平均出露255 d，與苔草相鄰，主要植被為南荻，分布區(qū)域較小，縱深離苔草20 m左右以內(nèi)，土壤性質(zhì)與苔草樣地相似，但含水量較低；蘆葦群落（N28°53′51.9″，E116°19′21.6″）分布高程15～17 m，年淹沒(méi)天數(shù)不超過(guò)90 d，主要植被為蘆葦，主要伴生種為南荻和灰化苔草，分布于遠(yuǎn)湖心區(qū)，縱深約4 m左右，該地土壤含水量低，孔隙較多，紅色砂質(zhì)土壤松散，粘著性和可塑性都較弱。

圖1 南磯山濕地環(huán)帶狀植被區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 樣品采集與分析

2013年5月，筆者選擇鄱陽(yáng)湖南磯山3種典型濕地植被（苔草、南狄和蘆葦），分別采集植物根系底泥0～10cm、10～20cm、20～30cm土壤樣品，將采集的土壤樣品分裝于自封袋中，排出空氣，密封，帶回實(shí)驗(yàn)室，樣品自然風(fēng)干后，除去石塊、枝葉、根系等，磨碎，過(guò)100目尼龍網(wǎng)篩后，保存自封袋中，放入干燥器中備用，以進(jìn)行總有機(jī)質(zhì)（TOC）、總氮（TN）、總磷（TP）、總鉀（TK）的測(cè)定。

TN測(cè)定采用濃硫酸-混合催化法消煮后凱氏定氮法測(cè)定[3]；TOC采用K2Cr2O7容量法-外加熱法測(cè)定[3]；TP采用釩鉬黃吸光光度法[7]測(cè)定；TK采用氫氧化鈉熔融法[7]。所有數(shù)據(jù)分析借助SPSS 23.0 for Windows統(tǒng)計(jì)軟件以及OriginPro 8.0完成(P＜0.05下顯著)。

2 結(jié)果與討論

2.1 濕地土壤總有機(jī)質(zhì)含量的空間變化特征

表1 鄱陽(yáng)湖土壤總有機(jī)碳、總氮、總磷、總鉀含量的方差分析

表1方差分析結(jié)果表明，鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤TOC含量在植被類型和土壤深度剖面上均存在極顯著差異。

圖2為鄱陽(yáng)湖濕地土壤總有機(jī)碳的不同植被類型土壤不同深度層次分布圖。三種植被類型土壤的總有機(jī)碳含量均自上而下逐漸降低，且表層總有機(jī)碳含量明顯高于其他兩層。這與遼河口濕地[8]、杭州灣濕地[9]等大多數(shù)濕地土壤總有機(jī)碳分布規(guī)律相似，這是由于土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于動(dòng)植物的殘?bào)w，濕地表層土壤內(nèi)分布有大量植物根系，豐富的動(dòng)植物殘?bào)w被微生物分解后以有機(jī)質(zhì)的形式進(jìn)入表層土壤，并隨著土壤剖面深度的增加，形成由上往下逐漸降低的梯度分布[10]。各個(gè)土壤不同深度層次中，三種植被類型總有機(jī)碳含量表現(xiàn)為：苔草＞蘆葦＞南荻。

圖2 南磯山三種典型植物類型各層次土壤TOC含量變化（mg/kg）

2.2 濕地土壤全氮含量的空間變化特征

表1方差分析結(jié)果顯示，鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤TN含量在不同植被類型和不同土壤深度剖面均存在極顯著差異。

圖3為典型植被群落樣地（苔草，蘆葦，南荻）土壤不同層次TN含量的分布規(guī)律圖。3種典型植被群落樣地土壤TN含量整體自上而下漸漸降低，其中表層土壤TN含量最高，依次為中層和底層土壤，這與土壤總有機(jī)碳的分布規(guī)律相似。而各個(gè)土壤不同層次三種植被類型總有機(jī)碳含量表現(xiàn)為：苔草＞蘆葦＞南荻。

圖3 南磯山三種典型植物各層次土壤TN含量變化（mg/kg）

2.3 濕地土壤全磷含量的空間變化特征

表1方差分析結(jié)果顯示，鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤TP含量在不同植被類型和土壤深度剖面上均存在極顯著差異，同時(shí)，不同植被與土壤深度之間的相互作用也對(duì)其具有極顯著影響。

圖4為典型植被群落樣地（苔草，蘆葦，南荻）土壤不同層次TP含量的分布情況。從圖中可以看出TP的變化規(guī)律，南荻為表層＞底層＞中層；苔草為中層＞表層＞底層；蘆葦為表層＞中層＞底層。濕地土壤磷的主要來(lái)源有成土母質(zhì)、水體帶入、動(dòng)植物殘?bào)w的歸還等[11]，磷的去除主要通過(guò)植物生長(zhǎng)吸收來(lái)完成，而更多的磷以穩(wěn)定態(tài)沉積在濕地深層土壤中，鄱陽(yáng)湖濕地土壤TP含量的剖面分布特點(diǎn)可能與磷穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

圖4 南磯山三種典型植物各層次土壤TP含量變化（mg/kg）

2.4 濕地土壤全鉀含量的空間變化特征

圖5 南磯山三種典型植物各層次土壤TK含量變化（mg/kg）

表1方差分析結(jié)果表明，鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤TK含量在不同土壤剖面有極顯著影響，而不同植被類型以及植被與土壤深度之間的交互作用對(duì)其沒(méi)有顯著影響。

圖5為典型植物群落樣地（苔草，蘆葦，南荻）土壤不同層次TK含量的分布情況。從圖中可以看出TK的含量變化規(guī)律，南荻和蘆葦為中層＞表層＞底層；苔草為表層＞中層＞底層。TK沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，與土壤中的TOC和TP變化不一致。這可能與土壤中鉀的來(lái)源有關(guān)，土壤中的鉀元素主要來(lái)源于母質(zhì)，鉀是重要的植物養(yǎng)分，它在植物體內(nèi)不僅是許多酶的活化劑，還能促進(jìn)光合作用和呼吸作用，提高植物對(duì)病害和不良環(huán)境的抵抗力等，在多方面影響植物的生長(zhǎng)。

2.5 濕地土壤養(yǎng)分之間相關(guān)性

圖6 南磯山濕地土壤TOC和TN之間的相關(guān)性

圖7 南磯山濕地土壤TOC和TP之間的相關(guān)性

圖8 南磯山濕地土壤TN和TP之間的相關(guān)性

筆者分別對(duì)南磯山濕地土壤TOC、TN和TP含量進(jìn)行方差分析和線性擬合分析，分別如圖6、圖7和圖8所示。方差分析結(jié)果表明，濕地土壤TOC和TN含量之間存在極顯著正相關(guān)（n=9，P=0.001），TOC和TP量之間無(wú)相關(guān)性（n=9，p=0.529），TN和TP含量之間也無(wú)相關(guān)性（n=9，p=0.684），這表明鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤氮主要以有機(jī)質(zhì)的結(jié)合形態(tài)存在。丁秋祎的研究也顯示黃河三角洲濕地土壤氮元素也主要以有機(jī)氮的形式存在于有機(jī)質(zhì)中[1]。筆者進(jìn)一步推測(cè)鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤磷主要以無(wú)機(jī)磷的結(jié)合形態(tài)存在，因?yàn)闊o(wú)機(jī)磷形態(tài)較不穩(wěn)定，推測(cè)鄱陽(yáng)湖發(fā)生輕度富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象可能與土壤中的磷淋溶相關(guān)，而與土壤中的氮（因主要以有機(jī)氮穩(wěn)定態(tài)形式存在）相關(guān)性較小。接著，筆者進(jìn)行線性擬合（見(jiàn)圖6、圖7、圖8）。結(jié)果顯示，濕地土壤TOC和TN的線性擬合較好，二者幾乎同步變化，顯示鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤全氮含量與有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)一致。而TOC和TP、TN和TP之間的線性擬合程度較低，表明它們之間不存在明顯的線性相關(guān)，該結(jié)果與鄱陽(yáng)湖南磯山濕地總有機(jī)質(zhì)和總氮的空間分布變化特點(diǎn)相吻合。

3 結(jié)論與展望

（1）鄱陽(yáng)湖南磯山南荻、苔草和蘆葦植被群落樣地土壤養(yǎng)分TOC和TN含量：表層＞中層＞底層，各個(gè)層次土壤呈明顯下降趨勢(shì)，TOC和TN含量在濕地土壤中表現(xiàn)為：苔草＞蘆葦＞南荻，而TP和TK沒(méi)有明顯的空間分布規(guī)律。

（2）濕地土壤總有機(jī)碳和總氮含量極顯著正相關(guān)，總有機(jī)碳和總磷含量、總氮與總磷含量則無(wú)相關(guān)性。結(jié)果表明，土壤氮主要以有機(jī)質(zhì)的結(jié)合形態(tài)存在，進(jìn)一步推測(cè)土壤磷以非有機(jī)磷形態(tài)如無(wú)機(jī)磷結(jié)合態(tài)存在且易于淋溶，推測(cè)鄱陽(yáng)湖輕度富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象可能因濕地土壤中的無(wú)機(jī)磷引起。

1 丁秋祎，白軍紅，高海峰，等.黃河三角洲濕地不同植被群落下土壤養(yǎng)分含量特征[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（10）：2092-2097．

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5 胡 維，葛 剛，熊 勇，等．鄱陽(yáng)湖南磯山濕地土壤養(yǎng)分的時(shí)空分布規(guī)律研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，31（9）：1785-1790.

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10 Jobbagy E G.Jackson R B．The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation[J].Ecological Applications，2000，10（2）：423-436．

11 王紅麗，李艷麗，張 文，等．崇明東灘濕地土壤養(yǎng)分的分布特征及其環(huán)境效應(yīng)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（1）：1-5.

Spatial Patterns of Soil Nutrients in the Wetland of Nanjishan (Poyang Lake), China

Peng Guiqun1, Liu Xingjian2, Ao Ziqiang1
(1.Jiangxi Academy of Sciences, Nanchang 330029, China; 2.Jiangxi Province Forestry Survey Planning Institute, Nanchang 330046,China)

In different vegetation types and soil depth,this paper studied the contents changes of total organic carbon(TOC),total nitrogen(TN), total phosphorus(TP) and total kalium(TK) in soil of Nanjishan(Poyang Lake) wetland, analysising the Nanjishan Wetland soil nutrient spatial distribution characteristics. The results showed that the total organic carbon and total nitrogen content of wetland soil were significantly and positively correlated, but there was no correlation between total organic carbon and total phosphorus content, total nitrogen and total phosphorus content. This shows that the soil nitrogen mainly in the Nanjishan Wetland organic matter form, the authors suggested that soil phosphorus exists in inorganic phosphorus speciation, Poyang Lake mild eutrophication phenomenon may be caused by the inorganic phosphorus in the wetland soil leaching.

Poyang Lake; Nanjishan wetland; soil nutrients; space distribution

S158

A

1008-9500(2017)07-0131-05

2017-05-18

本文系國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：41263006）、國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：21567010）、江西省優(yōu)勢(shì)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（項(xiàng)目編號(hào)：20142BCB24009）以及2013年院協(xié)同創(chuàng)新專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：2013-XTPH1-15）的階段性研究成果。

通訊作者，彭桂群（1979-），女，江西吉安人，博士，助理研究員，從事固體廢棄物處理處置與水污染控制技術(shù)研究工作。Email： 452699702@qq.com