黄河口滨岸潮滩不同类型湿地土壤磷、硫的分布特征

孙万龙 ，孙志高 ，牟晓杰 ，王玲玲

(1.中国农业大学(烟台)理工学院，山东烟台264670;2.中国科学院烟台海岸带研究所滨海湿地生态实验室，山东烟台264003;3.厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室，福建厦门361005;4.中国科学院研究生院，北京100039)

土壤是植物的营养库之一，植物从土壤中获得大部分营养物质来满足其生存需要，土壤养分含量变化受生态系统的水文过程、植被类型、土壤理化性质等多种因素的影响。湿地土壤的差异影响着湿地生态系统类型和湿地植被群落的形成过程;同样，湿地植被群落的变化也影响着湿地土壤空间上养分的分布差异。湿地土壤磷(P)和硫(S)等元素的时空分布特征不仅能反映湿地土壤结构状况和可利用水平，而且会影响湿地植被生长，关系到湿地环境的形成和植被演替过程[3]。

黄河三角洲国家级自然保护区是我国暖温带最完整、最广阔、最年轻的湿地生态系统，其土壤形成时间相对较短。目前，国内对该区域湿地土壤营养元素的分布规律已经有了一定的研究，但多数集中在单一湿地类型中营养元素在土壤中的空间分布特征[4]，研究多关注于单一植物群落的几个样地，而对自然状态下不同植被群落下湿地土壤营养元素含量变化特征的研究尚少。为此，本研究对不同植被群落下湿地土壤P和S的垂直分布规律进行了探讨，旨在揭示不同植被群落下湿地土壤P和S元素的垂直分布规律，突破了以往研究中的单一性和局限性，可为黄河三角洲湿地土壤养分循环研究提供基础数据，为湿地生态系统的恢复、保护和管理提供科学依据。

1 研究区概况

研究样地位于黄河三角洲腹地的典型湿地分布区，属于温带大陆性季风气候，年平均气温12.3℃;年平均降水量555.9 mm，多集中在7—8月份;年蒸发量1 962.1 mm，是降水量的3.6倍。该区域土壤形成时间相对较短，机械组成以粉沙为主，沙黏层次变化复杂。土壤质地以轻壤土和中壤土为主，土壤类型以潮土和盐土为主。研究区淡水缺乏，地下水位较浅，水质矿化度较高，土壤向积盐方向发展，大面积的土地因次生盐渍化而向重盐碱荒地和光板地生态系统方向演替，使系统的正向演替过程受到干扰，湿地植被群落演替频繁，且逆向演替明显[5]。区域内地势平坦，自然坡降为1/8 000～1/12 000，生态格局时空变化迥异，湿地类型多样，植被以草甸为主，林木稀少，主要植被有草本植物盐地碱蓬、灌木柽柳、芦苇、白茅等。

2 研究方法

2.1 样区布设与样品采集

2008年，根据以往对黄河三角洲地区植物群落种类研究的相关结果[6]，并按照典型性和代表性的原则，沿黄河口滨岸至潮滩的演替带方向，选取较少人为扰动的区域布设9个采样点，其植被类型依次为:A三棱蔗草(Sparganiaceae)—朝天委陵菜(P.supina L.);B假苇拂子茅(C.pseudophragmites Koel);C白茅(Imperata cylindrica)—旱柳(Salix matsudana Koidz)—少量柽柳;D芦苇(Phragmitascommunis Trin);E芦苇—柽柳;F柽柳(Tamatix chinensis Lour);G 碱蓬—柽柳;H 碱蓬〔Suaeda salsa(L.)Pall〕;I光滩。演替方向自I群落向A群落进行，即自海向陆生态系统依次由滩涂湿地生态系统，经由新淤地生态系统、重盐碱地生态系统向低盐分生态系统方向演替。采样时，分别在每个样区内采集3个典型土壤剖面，其中A—E群落土壤剖面深度为80 cm，F—I群落土壤剖面深度为60 cm，每10 cm为一层，然后对3个剖面样品进行等层次混合，共采集样品64个。

2.2 样品处理及测定

将采集的土样带回实验室，自然风干后拣去石块、植物残根等杂物，用球磨机磨碎，过100目筛后装袋待测。土壤样品分析项目包括全磷(TP)、全硫(TS)等，其中全磷利用采用氢氧化钠熔融—钼锑抗混合试剂比色法测定，全硫测定采用比浊法[7]。

2.3 土壤磷、硫密度及储量计算

Tn，Tni的单位为 kg/m2，ρni的单位为 kg/m3，dvi的单位为g/cm3，Ni的单位为%，hi的单位为cm。

2.4 数据处理与分析

运用SPSS 10.0和Origin 7.5等软件对数据进行计算、作图以及基本统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同植被群落下P和S的分布特征

3.1.1 水平方向上的分布特征 黄河口滨岸潮滩湿地不同植被群落下土壤全磷的空间分布规律如图1a所示。

土壤全磷含量沿植被演替方向的变化规律不明显，不同群落土壤在30—40 cm土层全磷含量呈不规则“W”型变化，并于E群落出现一个峰值(743.695 mg/kg)，以此点为分界向两边递减，但到光滩和演替末期又略有增加，这可能与该土层受到植被和成土母质的影响均较大有关[8];其余各土层全磷含量均在440～580 mg/kg之间变化，不同植被群落之间仅略有差异，这可能受土壤类型和气候条件的影响，同时也与该区域植物的生产力水平以及枯落物的分解程度的难易有关[9]。

不同植被群落土壤全硫空间分布见图1b所示，土壤全硫含量受植被类型影响显著，分布规律为演替初期含量较高，随后沿植被演替方向先逐渐增加后降低。不同土层的全硫含量最大值分布在D群落到F群落。这是由于芦苇等植物生产力较高，产生的枯落物较多，且不易分解，形成大量有机质积累。有机质含量高，但腐殖化程度弱，分解度低，导致全硫养分含量高，使得该植被群落土壤中硫含量明显高于其他植被群落土壤;D群落之前的植被枯落物分解度高，全硫含量较低，而D群落之后，土壤为水成土的一类，处于嫌气还原状态，好氧微生物活动受阻，凋落物分解缓慢，硫含量低于芦苇区，但远高于演替后期植被。

图1 不同湿地植被群落土壤P，S水平分布特征注:样点的植被类型依次为:A三棱蔗草—朝天委陵菜;B假苇拂子茅;C白茅—旱柳—少量柽柳;D芦苇;E芦苇—柽树;F柽树;G碱蓬—柽树;H碱蓬;I光滩。下同。

3.1.2 垂直方向上的分布特征 图2为不同植被群落下土壤中P，S的剖面分布特征。从图中可知，不同土壤中P，S的垂直分布既具有一定的相似性又存在一定差异性。就P元素而言，在所研究9种群落植被中，A和B群落P含量的垂直分布特征在整体上较为相似，均呈“W”型波动变化，但峰值所出现的土壤深度不同，A群落出现在40—50 cm土层，而B群落出现在35 cm附近，60 cm以下土层相对于上层土壤均略有增加;C，D，G，H 群落土壤P含量的垂直分布特征较为相似，均呈“S”分布，其中 D群落在40—50 cm土层出现较大波动，总体而言，3个群落都是在上层土壤中波动较大，50 cm土层以下P含量明显减少;E，F群落土壤P含量的垂直分布特征较为相似，均呈单峰波动变化，但峰值所出现的土层不同，E群落出现在35 cm土层附近，而F群落出现在10—20 cm土层，峰值过后，两个群落土壤P含量均随土壤深度增加而逐渐减少;I光滩土壤P含量的垂直分布整体上随土壤深度增加而增加，但在30—50 cm的土层中出现较大波动。P含量如上分布的原因可能主要与成土母质以及有机质分布的空间异质性有关。此外，不同植被群落土壤中P含量垂直分布特征的差异主要与土壤水分条件差异、不同植物生产力高低不同、不同枯落物分解难易程度不同等因素有关[10]。

不同土壤中S含量的垂直分布特征更为明显。A群落到E群落土壤中S含量的垂直分布特征较为相似，均随土层深度不同波动较大，整体上均呈先降低，中部土层出现增加趋势，50 cm之后S含量明显降低;而F到I群落土壤中S含量在整体上呈增加趋势，不同的是，F群落和H群落土壤中S含量在20 cm以上呈递减趋势，20 cm以下呈递增趋势，规律明显，而G群落和I群落土壤中S含量在20—50 cm土层中出现较大波动，并无明显规律，但于50 cm以下呈明显增加趋势。一般而言，S元素含量的垂直分布特征的不同主要受制于土壤有机质的分布[11]，据有关研究显示，沿着植物群落演替方向，有机质含量有随着演替方向先逐渐降低后增加的趋势，而表层土壤的有机质一般含量丰富，所以其含量均较高，演替中后期有机质垂直分布变异系数相对较大，S含量相应出现较为明显的波动，演替前期和演替后期深层土壤中S含量变化趋势不同，其原因可能主要与成土母质以及有机质分布的空间异质性有关。

此外，不同植被群落土壤中P，S含量垂直分布特征的差异与不同环境土壤水分条件差异及其引起的不同质地土层P，S的垂直淋失有关。植被演替初期地表多积水或淹水，水分条件较好，P和S元素可随水分垂直淋失至较深土层中，进而使得其在土壤剖面中的波动变化明显;而随着植被群落的演替，水分条件产生变化，元素在土壤中垂直淋失的程度不同，表现出不同的波动变化。不同植被群落土壤中P和S元素含量分布特征的差异还与植物吸收、矿化、生物固持等过程进行程度的差异有关，其垂直变化是诸因素综合作用的结果。

图2 不同湿地植被群落土壤P，S垂直分布特征

3.2 不同湿地植被群落下湿地土壤中P，S的含量特征及其变异性

不同演替时期土壤中各元素的平均含量变化可反映其在水平方向上的变异性。按Cambardella等对变异系数的分级标准:CV＜10%属于弱变异性;CV=10%～100%属于中等变异性;CV＞100%属于强变异性。据表1可知，全磷含量在演替初期(光滩无植被)较高，从碱蓬区开始，全磷沿着演替方向呈增加趋势，在演替中期含量达到最高，随后呈减少趋势，变异系数较小。黄河口滨岸潮滩土壤中全磷含量与长江口湿地土壤总磷的含量相差不大;沿着植物群落演替的方向，全磷含量的变化规律不明显，变异程度较低。除了E群落土壤(16.5%)属于中等变异性之外，其余植被群落下均属弱变异性，其原因在于土壤中磷的含量主要与成土母质有关，其含量受土壤类型和气候条件的影响，受演替中植被群落结构变化影响较弱，植被的生长对其起消耗作用，因而其分布与有机质的分布相反，所以在演替末期含量有所减少。

比较而言，全硫含量沿植被演替方向的变化规律较为明显，除光滩外，全硫含量沿演替方向呈先增加后降低的变化趋势。

光滩土壤硫含量较高的原因是该区域土壤长时间处于淹水状态，好氧微生物活动受阻，有机质分解缓慢导致全养分含量较高;全硫含量的分布主要与土壤中有机质的分布有关，植被覆盖区土壤中有机质主要来源于植物枯落物，根系并不充分参与有机质的形成，演替初期生产力水平较低，枯落物可较为彻底的分解，且该区域土壤中硫由于水盐等条件作用极易氧化脱硫，全硫含量较低，演替中期植物生产力旺盛而分解不足导致全硫含量较高，随着演替的进行，土壤中微生物也随之增加且土壤水盐环境亦有所改善，从而土壤中全养分含量降低。由表1亦可知，S元素的变异性相对较大，除 C群落(7.47%)和 Ⅰ群落(7.55%)属于弱变异性，其余植被群落下均属于中等变异性，较高的垂直变异性主要与上下土层中影响硫含量分布的主导因素差异有关，上层土壤中硫含量受外界环境条件、植物根系、水分条件以及化学过程等影响较为显著，而下层土壤可能受土体结构、性质以及成土母质基础的影响较大[12]。

表1 不同湿地植被群落下土壤P，S的变异性

3.3 不同湿地植被群落下湿地土壤中P，S储量

不同湿地植被群落下土壤中 0—80 cm(0—60 cm)土层P，S储量及其分布状况分别于表2和图3所示。据此可知，不同植被群落下土壤中全磷储量相差不大，A到 E群落土壤0—80 cm土层磷储量在0.40～0.45 kg/m2之间变化，变异性很小，可以认为储量相近，F到I群落土壤0—60 cm土层磷储量在0.29～0.35 kg/m2之间变化，具有很小的变异性且与A到E群落土壤0—60 cm深度下磷储量(0.32～0.35 kg/m2)相差不大;同一植被群落下土壤各个土层中磷储量在总储量中所占的比例均在10%左右，同一样点不同土层间磷储量的变化不大。相对而言，不同植被群落下土壤中硫储量的变化较为明显，随群落演替方向呈“S”型波动变化，演替初期硫储量较高(0.32 kg/m2，0—60 cm)，而后降低一定程度后开始增加，到演替中期又到达一个峰值(0.33 kg/m2，0—80 cm;0.26 kg/m2，0—60 cm)，然后沿演替方向降低，末期达到最低值(0.21 kg/m2，0—80 cm;0.17 kg/m2，0—60 cm);然而，就同一土壤中不同土层硫储量来看，各个土层中硫储量相差不大。

图3 不同土层元素储量分布状况

表2 不同湿地植被群落下土壤中TP，TS储量 kg/m2

4 结论

(1)不同植物群落的土壤中磷含量变化不大，沿群落演替方向并无明显的变化规律，变异系数较小;硫含量沿群落演替方向有较为明显的变化规律。

(2)不同植被群落土壤中P和S元素的垂直分布特征规律不明显，呈不规则波动变化，分布主要受制于土壤有机质的分布，有机质含量高，分解度低的条件下，全量养分含量较高;相反，分解度高的土层全量养分含量较低。此外不同土壤中的水分条件差异以及土壤中好氧微生物的活动也影响元素在土壤中的垂直分布特征。

(3)不同植被群落土壤中磷的垂直变异性很小，除E群落(16.5%)属中等变异外，其余群落中均为弱变异性(＞10%)，这与研究区域土壤不同土层的成土母质差异不大有关;硫元素在不同土层有较高的垂直变异性，除C群落(7.4%)和Ⅰ群落(7.55%)属于弱变异性，其余植被群落下均属于中等变异性(＜10%)，这可能与上下土层影响硫分布的主导因素差异有关。

(4)不同植被群落土壤的磷储量及其分布状况差异不大，不同土壤的磷储量均在0.32 kg/m2(0—60 cm)附近波动;而不同土壤中硫储量存在较大差异，沿演替方向呈“S”型波动变化，最高值出现在 H群落(0.325 kg/m2，0—60 cm)，最低值出现在演替末期(0.168 kg/m2，0—60 cm)，但其分布状况差异不大。

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