不同恢复年限向海香蒲湿地土壤全磷含量研究

李琳 刘吉平

( 吉林师范大学资源保护与利用研究所，吉林 四平 136000)

磷是植物生长的主要营养元素之一，其在湿地土壤中的含量直接影响湿地生态系统的生产力，同时也是造成水体富营养化的主要原因( 程段莹等, 2018)。目前，关于湿地恢复的研究得到了国内外学者的广泛关注，并取得了大量的研究成果。研究发现，湿地恢复有利于土壤养分恢复( 李勇等, 2016)、提高物种多样性( 张冬杰等, 2016) 和改善水质( 王晓东等, 2018)。目前，国内关于湿地恢复的研究多集中在土壤碳、氮、磷的含量及其分布等方面( 白军红等, 2011; Huang et al, 2013; 董凯凯等, 2011; 谢莹等, 2015)。研究不同恢复年限向海香蒲湿地土壤全磷含量的差异，可揭示土壤全磷含量的变化及其影响因素，为进一步研究湿地态系统磷循环提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

向海国家级自然保护区(44°55′～45°9′N，122°5′～122°35′E) 位于吉林省通榆县境内，地处霍林河流域中下游地带，保护区内湿地面积36 100 hm2。该区气候属北温带大陆性季风气候，年平均气温为5.1℃，年降水量为400 mm，降水多集中在7 月和8 月。保护区内河流主要有霍林河、额穆泰河和洮儿河引水工程。向海国家级自然保护区土壤主要为碱性土壤( 白军红等, 2007)，植物主要为芦苇(Phragmites australis) 和香蒲(Typha orientalis)( 白军红等, 2009)。

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

1.2 土壤样品采集与测定

在向海国家级自然保护区选择4 处采样地，分别为天然香蒲湿地、人工种植香蒲1 a 的湿地、人工种植香蒲3 a 的湿地和人工种植香蒲5 a 的湿地。分别在2018 年5 月13 日、7 月15 日和9 月12 日采用S 布点法在每处采样地确定5 个采样点。在每个采样点，用带衬管的原状取土器采集0 ～40 cm的土柱，按每10 cm 分层，共4 个土层。

将采集到的土样置于密封袋中，标明编号，带回实验室。在实验室中，挑出土样中的枯落物和其它杂物，将土样自然风干，研磨后过100 目筛，待测。

采用高氯酸—硫酸消解—钼锑抗比色法。在高温条件下，土壤中含磷矿物与高沸点的硫酸和强氧化剂高氯酸作用，使其完全分解转化为正磷酸盐而进入溶液，然后用钼锑抗比色法测定土壤中全磷含量( 全国农业技术推广服务中心, 2006)。

1.3 数据处理

采用SPSS 21.0 软件中的单因素方差分析(Oneway ANOVA) 对数据进行差异分析, 并用Duncan 法进行显著性多重比较。

2 结果与分析

2.1 各样地不同季节土壤全磷含量的变化

9 月的人工种植香蒲1 a 的湿地土壤全磷含量为750.12 mg/kg， 显 著 大 于5 月 和7 月(n=3，P＜0.05)；7 月的人工种植香蒲3 a 的湿地土壤全磷含量为966.48 mg/kg，显著大于5 月和9 月(n=3，P ＜0.05)；恢复5 a 的香蒲湿地和天然香蒲湿地土壤全磷含量均在9 月达到最大值( 表1)。

随着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( 尹炜等, 2006)。随着恢复年限的增加，土壤中的全磷含量逐渐增大并接近天然香蒲湿地。5 月、7 月和9 月的香蒲湿地土壤全磷含量不同，可能与地表植物的季节生长规律有关。

从土壤纵剖面来看( 表2)，随着土壤深度的增加，5 月的人工种植香蒲1 a 和5 a 的湿地土壤全磷含量逐渐减小，全磷含量最大值均出现在0 ～10 cm土层中；天然香蒲湿地10 ～20 cm 土层中全磷含量最大，为217.88 mg/kg。7 月的天然香蒲湿地土壤全磷含量呈减少趋势，最大值出现在0 ～10 cm 土层 ；人工种植香蒲1 a 和5 a 的湿地土壤全磷含量随土壤深度的增加呈减少趋势，全磷含量最大值出现在0 ～10 cm 土层；人工种植香蒲3 a 的湿地在20 ～30 cm 土层中土壤全磷含量最高。9 月的人工种植香蒲1 a、3 a 和5 a 的香蒲湿地土壤全磷含量随着土壤深度的增加逐渐减小 ；最大值出现在0 ～10 cm土层；天然香蒲湿地土壤中全磷含量先增加后减少，最大值出现在10 ～20 cm 土层。

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 各样地不同土壤层全磷含量的变异系数Table 3 Coefficients of variation of total phosphorus in the soil at different depths of various sampling sites

2.2 各样地不同深度土壤全磷含量的变化

不同样地同一深度土壤全磷含量平均值差异可以反映不同采样地土壤全磷含量的变异性( 李世清等, 2000)。根据人工种植香蒲1 a、3 a 和5 a 的湿地以及天然香蒲湿地不同深度土壤中全磷含量的平均值，计算各深度土壤全磷含量的变异系数。不同采样地各深度土壤中全磷含量的变异系数为9.19% ～40.49%( 表3)。0 ～10 cm 和10 ～20 cm深度土壤全磷含量的变异系数较高，说明在这两个深度的土壤中全磷含量的离散程度较高。20 ～30 cm 和30 ～40 cm 深度土壤中全磷含量的变异系数较小，且数值接近，说明深层土壤中的全磷含量随香蒲种植年限变化不明显。人工种植香蒲5 a 的湿地20 ～30 cm 深度土壤全磷含量的变异系数较高，这可能与香蒲根系分布不均匀有关。

2.3 不同样地土壤全磷含量的变化

同一样地的不同深度土壤全磷含量平均值差异可以反映不同深度土壤磷含量的变异性( 白军红等, 2002)。0 ～40 cm 深度土壤全磷含量的变异系数为7.07% ～21.07%( 表4)。其中，人工种植香蒲1 a的湿地土壤全磷含量的变异系数最大，为21.07%，其次为人工种植香蒲5 a 和3 a，天然香蒲湿地的变异系数最小，为7.07%。本研究中，土壤全磷含量受人工种植香蒲年限的影响较大，而受土壤深度的影响较小。

表4 不同样地土壤全磷含量的变异系数Table 4 Coefficients of variation of total phosphorus in different sampling sites

3 讨论

吉林向海香蒲湿地土壤全磷含量的研究表明，随着种植香蒲的年限增长，香蒲湿地土壤全磷含量逐渐增大。人工种植香蒲1 a 和5 a 的湿地以及天然香蒲湿地土壤中的全磷含量均在9 月最大，分别为750.12 mg/kg、1 086.73 mg/kg 和1 379.56 mg/kg，人工种植香蒲3 a 的湿地土壤全磷含量在7 月最大，为966.48 mg/kg。随着人工种植香蒲的年限增长，土壤全磷含量逐渐增大，接近天然香蒲湿地。人工种植香蒲5 a 的湿地土壤全磷含量更接近天然香蒲湿地，这是由于其植物生长茂盛、根系发达，根际是植物和土壤环境物质和能量交换最剧烈的区域( 罗先香等, 2011)，植物通过根系吸收和累积磷元素。人工种植香蒲5 a 的湿地植物群落更稳定，有利于土壤中微生物的活动，能更快地分解枯落物释放大量磷元素。

在本研究中，5 月的天然香蒲湿地和人工种植香蒲5 a 的湿地土壤全磷含量最小。这是因为5 月研究区气温较低，土壤刚解冻，微生物活动较弱，土壤中积累的磷元素较少。研究发现，磷元素易融于水中，会随着水流失(McDowell et al, 2007)，7 月降水集中，降水强度大，会造成磷元素的流失。另外，7 月是植物生长的旺盛时期，需要不断从土壤中吸收大量磷元素，来满足其生长需要，使得7月的土壤全磷含量比9 月小( 肖烨等, 2014)。7 月土壤环境湿热，有利于土壤中微生物的生命活动，分解出了大量磷元素累积到土壤中，使土壤全磷含量在9 月达到最大值。

不同土壤深度全磷含量也不同。磷主要富集在0 ～20 cm 土层中，并且随着土壤深度的增加，土壤全磷含量呈下降趋势。土壤全磷含量受人工种植香蒲年限的影响大于受土壤深度的影响。随着人工种植香蒲的年限增长，土壤全磷含量的离散程度逐渐接近天然香蒲湿地。不同采样地土壤全磷含量的变异系数为9.19% ～40.49%，不同土壤深度全磷含量的变异系数为7.07% ～21.07%，土壤全磷含量受人工种植香蒲年限的影响较大，而受土壤深度的影响较小。随着人工种植香蒲的年限增长，香蒲根系逐渐发达，地表土层中微生物活动旺盛，物质能量转换频繁，土壤磷含量波动较大；而越向土壤深处，土壤全磷含量波动越小。