不同恢復(fù)年限向海香蒲濕地土壤全磷含量研究

李琳 劉吉平

( 吉林師范大學(xué)資源保護與利用研究所，吉林 四平 136000)

磷是植物生長的主要營養(yǎng)元素之一，其在濕地土壤中的含量直接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，同時也是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因( 程段瑩等, 2018)。目前，關(guān)于濕地恢復(fù)的研究得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，并取得了大量的研究成果。研究發(fā)現(xiàn)，濕地恢復(fù)有利于土壤養(yǎng)分恢復(fù)( 李勇等, 2016)、提高物種多樣性( 張冬杰等, 2016) 和改善水質(zhì)( 王曉東等, 2018)。目前，國內(nèi)關(guān)于濕地恢復(fù)的研究多集中在土壤碳、氮、磷的含量及其分布等方面( 白軍紅等, 2011; Huang et al, 2013; 董凱凱等, 2011; 謝瑩等, 2015)。研究不同恢復(fù)年限向海香蒲濕地土壤全磷含量的差異，可揭示土壤全磷含量的變化及其影響因素，為進(jìn)一步研究濕地態(tài)系統(tǒng)磷循環(huán)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

向海國家級自然保護區(qū)(44°55′～45°9′N，122°5′～122°35′E) 位于吉林省通榆縣境內(nèi)，地處霍林河流域中下游地帶，保護區(qū)內(nèi)濕地面積36 100 hm2。該區(qū)氣候?qū)俦睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫為5.1℃，年降水量為400 mm，降水多集中在7 月和8 月。保護區(qū)內(nèi)河流主要有霍林河、額穆泰河和洮兒河引水工程。向海國家級自然保護區(qū)土壤主要為堿性土壤( 白軍紅等, 2007)，植物主要為蘆葦(Phragmites australis) 和香蒲(Typha orientalis)( 白軍紅等, 2009)。

表1 不同樣地的土壤全磷含量Table 1 Contents of total phosphorus in the soil of different sampling sites

1.2 土壤樣品采集與測定

在向海國家級自然保護區(qū)選擇4 處采樣地，分別為天然香蒲濕地、人工種植香蒲1 a 的濕地、人工種植香蒲3 a 的濕地和人工種植香蒲5 a 的濕地。分別在2018 年5 月13 日、7 月15 日和9 月12 日采用S 布點法在每處采樣地確定5 個采樣點。在每個采樣點，用帶襯管的原狀取土器采集0 ～40 cm的土柱，按每10 cm 分層，共4 個土層。

將采集到的土樣置于密封袋中，標(biāo)明編號，帶回實驗室。在實驗室中，挑出土樣中的枯落物和其它雜物，將土樣自然風(fēng)干，研磨后過100 目篩，待測。

采用高氯酸—硫酸消解—鉬銻抗比色法。在高溫條件下，土壤中含磷礦物與高沸點的硫酸和強氧化劑高氯酸作用，使其完全分解轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽而進(jìn)入溶液，然后用鉬銻抗比色法測定土壤中全磷含量( 全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 2006)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0 軟件中的單因素方差分析(Oneway ANOVA) 對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異分析, 并用Duncan 法進(jìn)行顯著性多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 各樣地不同季節(jié)土壤全磷含量的變化

9 月的人工種植香蒲1 a 的濕地土壤全磷含量為750.12 mg/kg， 顯 著 大 于5 月 和7 月(n=3，P＜0.05)；7 月的人工種植香蒲3 a 的濕地土壤全磷含量為966.48 mg/kg，顯著大于5 月和9 月(n=3，P ＜0.05)；恢復(fù)5 a 的香蒲濕地和天然香蒲濕地土壤全磷含量均在9 月達(dá)到最大值( 表1)。

隨著植物生物量和枯落物的增加，在微生物的分解作用下，土壤中的全磷含量增大( 尹煒等, 2006)。隨著恢復(fù)年限的增加，土壤中的全磷含量逐漸增大并接近天然香蒲濕地。5 月、7 月和9 月的香蒲濕地土壤全磷含量不同，可能與地表植物的季節(jié)生長規(guī)律有關(guān)。

從土壤縱剖面來看( 表2)，隨著土壤深度的增加，5 月的人工種植香蒲1 a 和5 a 的濕地土壤全磷含量逐漸減小，全磷含量最大值均出現(xiàn)在0 ～10 cm土層中；天然香蒲濕地10 ～20 cm 土層中全磷含量最大，為217.88 mg/kg。7 月的天然香蒲濕地土壤全磷含量呈減少趨勢，最大值出現(xiàn)在0 ～10 cm 土層 ；人工種植香蒲1 a 和5 a 的濕地土壤全磷含量隨土壤深度的增加呈減少趨勢，全磷含量最大值出現(xiàn)在0 ～10 cm 土層；人工種植香蒲3 a 的濕地在20 ～30 cm 土層中土壤全磷含量最高。9 月的人工種植香蒲1 a、3 a 和5 a 的香蒲濕地土壤全磷含量隨著土壤深度的增加逐漸減小 ；最大值出現(xiàn)在0 ～10 cm土層；天然香蒲濕地土壤中全磷含量先增加后減少，最大值出現(xiàn)在10 ～20 cm 土層。

表2 不同深度土壤的全磷含量Table 2 Contents of total phosphorus in the soils at different depths

表3 各樣地不同土壤層全磷含量的變異系數(shù)Table 3 Coefficients of variation of total phosphorus in the soil at different depths of various sampling sites

2.2 各樣地不同深度土壤全磷含量的變化

不同樣地同一深度土壤全磷含量平均值差異可以反映不同采樣地土壤全磷含量的變異性( 李世清等, 2000)。根據(jù)人工種植香蒲1 a、3 a 和5 a 的濕地以及天然香蒲濕地不同深度土壤中全磷含量的平均值，計算各深度土壤全磷含量的變異系數(shù)。不同采樣地各深度土壤中全磷含量的變異系數(shù)為9.19% ～40.49%( 表3)。0 ～10 cm 和10 ～20 cm深度土壤全磷含量的變異系數(shù)較高，說明在這兩個深度的土壤中全磷含量的離散程度較高。20 ～30 cm 和30 ～40 cm 深度土壤中全磷含量的變異系數(shù)較小，且數(shù)值接近，說明深層土壤中的全磷含量隨香蒲種植年限變化不明顯。人工種植香蒲5 a 的濕地20 ～30 cm 深度土壤全磷含量的變異系數(shù)較高，這可能與香蒲根系分布不均勻有關(guān)。

2.3 不同樣地土壤全磷含量的變化

同一樣地的不同深度土壤全磷含量平均值差異可以反映不同深度土壤磷含量的變異性( 白軍紅等, 2002)。0 ～40 cm 深度土壤全磷含量的變異系數(shù)為7.07% ～21.07%( 表4)。其中，人工種植香蒲1 a的濕地土壤全磷含量的變異系數(shù)最大，為21.07%，其次為人工種植香蒲5 a 和3 a，天然香蒲濕地的變異系數(shù)最小，為7.07%。本研究中，土壤全磷含量受人工種植香蒲年限的影響較大，而受土壤深度的影響較小。

表4 不同樣地土壤全磷含量的變異系數(shù)Table 4 Coefficients of variation of total phosphorus in different sampling sites

3 討論

吉林向海香蒲濕地土壤全磷含量的研究表明，隨著種植香蒲的年限增長，香蒲濕地土壤全磷含量逐漸增大。人工種植香蒲1 a 和5 a 的濕地以及天然香蒲濕地土壤中的全磷含量均在9 月最大，分別為750.12 mg/kg、1 086.73 mg/kg 和1 379.56 mg/kg，人工種植香蒲3 a 的濕地土壤全磷含量在7 月最大，為966.48 mg/kg。隨著人工種植香蒲的年限增長，土壤全磷含量逐漸增大，接近天然香蒲濕地。人工種植香蒲5 a 的濕地土壤全磷含量更接近天然香蒲濕地，這是由于其植物生長茂盛、根系發(fā)達(dá)，根際是植物和土壤環(huán)境物質(zhì)和能量交換最劇烈的區(qū)域( 羅先香等, 2011)，植物通過根系吸收和累積磷元素。人工種植香蒲5 a 的濕地植物群落更穩(wěn)定，有利于土壤中微生物的活動，能更快地分解枯落物釋放大量磷元素。

在本研究中，5 月的天然香蒲濕地和人工種植香蒲5 a 的濕地土壤全磷含量最小。這是因為5 月研究區(qū)氣溫較低，土壤剛解凍，微生物活動較弱，土壤中積累的磷元素較少。研究發(fā)現(xiàn)，磷元素易融于水中，會隨著水流失(McDowell et al, 2007)，7 月降水集中，降水強度大，會造成磷元素的流失。另外，7 月是植物生長的旺盛時期，需要不斷從土壤中吸收大量磷元素，來滿足其生長需要，使得7月的土壤全磷含量比9 月小( 肖燁等, 2014)。7 月土壤環(huán)境濕熱，有利于土壤中微生物的生命活動，分解出了大量磷元素累積到土壤中，使土壤全磷含量在9 月達(dá)到最大值。

不同土壤深度全磷含量也不同。磷主要富集在0 ～20 cm 土層中，并且隨著土壤深度的增加，土壤全磷含量呈下降趨勢。土壤全磷含量受人工種植香蒲年限的影響大于受土壤深度的影響。隨著人工種植香蒲的年限增長，土壤全磷含量的離散程度逐漸接近天然香蒲濕地。不同采樣地土壤全磷含量的變異系數(shù)為9.19% ～40.49%，不同土壤深度全磷含量的變異系數(shù)為7.07% ～21.07%，土壤全磷含量受人工種植香蒲年限的影響較大，而受土壤深度的影響較小。隨著人工種植香蒲的年限增長，香蒲根系逐漸發(fā)達(dá)，地表土層中微生物活動旺盛，物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換頻繁，土壤磷含量波動較大；而越向土壤深處，土壤全磷含量波動越小。