不同生境土壤pH分布及其土壤养分特征——以莫莫格湿地为例

王翊婷 臧淑英

摘要 分析了吉林省莫莫格湿地区域7种不同生境表层土壤（0～20 cm）样本pH和养分情况。结果表明，不同生境土壤pH和养分情况有明显差异。研究区土壤均为碱性土壤，pH在杨树次生林生境和玉米农田生境处于相对较低水平，分别为7.99±0.12和8.14±0.19。在不同生境中，裸露地表土（无植被覆盖）的有机碳和全钾含量最高，裸露碱斑地全氮含量最高，玉米农田生境铵态氮含量最高，杨树次生林生境硝态氮含量最高，羊草草甸生境全磷含量最高，芦苇生境速效钾含量最高。土壤各项指标间土壤pH与土壤全氮、全钾和速效钾含量具有相关性。

关键词 莫莫格湿地;pH;土壤养分;相关性分析

中图分类号 S158  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）05-0135-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.05.034

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

The pH Distribution and Soil Nutrient Characteristic at Different Habitats—A Case Study of  Momoge Wetland

WANG Yi-ting，ZANG Shu-ying

（Heilongjiang Key Laboratory of Geographical Environment Monitoring and Spatial Information Service in Cold  Regions， Harbin Normal University， Harbin， Heilongjiang 150025）

Abstract pH values and nutrients of topsoil samples （0-20 cm） from seven different habitats were analyzed in Momoge Wetland， Jilin Province.The results indicated that there were significant differences in soil pH and nutrients in different habitats.The soils in the study area were all alkaline soils， and the pH values were relatively low in the poplar secondary forest and maize field， which were 7.99±0.12 and 8.14±0.19.In different habitats， TOC contents and TK contents in bare surface soil （no vegetation cover） were the highest，TN contents in exposed alkali patch were the highest， the contents of ammonium nitrogen were the highest in maize field habitat， the contents of nitrate nitrogen were the highest in poplar secondary forest habitat， the TP contents were the highest in Leymus chinensis meadow habitat， and the AK contents were the highest in reed habitat.Soil pH value was correlated with TN content， TK content and AK content.

Key words Momoge wetland;pH;Soil nutrient;Correlation analysis

基金項目 国家重点研发计划项目（2016YFC0500404-6）。

作者简介 王翊婷（1997—），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向：盐碱修复。*通信作者，教授，博士，博士生导师，从事冻土退化研究。

收稿日期 2021-05-02

湿地是由水分、土壤、空气、生物等组分共同构成的独特复合型生态系统，具体可表现为在水陆相互作用下而形成的特殊自然综合体，在生物多样性和生态功能层面具有最高地位的生态系统[1]。近年来，湿地生态系统结构遭受严重破坏，发生了湿地面积锐减、景观类型改变、生物多样性减少等一系列不同程度的湿地退化现象。

我国对湿地的研究起步相对较晚，但发展比较迅速，目前在湿地退化各个研究领域均有涉猎，热点研究区域主要包括四川若尔盖高原湿地、黄河三角洲湿地、青海三江源湿地、辽河三角洲湿地以及太湖、洞庭湖、白洋淀等湖泊湿地。研究内容主要包括对湿地生物多样性的评价及其保护措施的探讨，湿地现状及存在问题的分析，湿地退化机理和湿地生态功能的评价等方面。然而关于内陆盐碱湿地退化的研究目前鲜见报道[2-5]。内陆盐碱湿地指的是分布于干旱、半干旱及半干旱和亚湿润过渡区，构成独特的内陆盐碱湿地生态系统的地理综合体。具体表现为具有地表过湿或深度一般小于3 m的浅积水环境，发育有盐碱土壤和盐生生物群落。作为湿地系统的重要组成部分之一，内陆盐碱湿地既具有湿地的共性，又具有自身独特的属性[6]。

莫莫格国家级湿地保护区是我国典型的内陆盐碱湿地，在阻止松嫩平原西部盐碱荒漠化的生态屏障层面具有重要的生态价值[7]。深入研究内陆盐碱湿地不同生境湿地土壤养分特征，探究湿地退化对土壤性质的影响，为莫莫格地区退化湿地恢复和合理利用提供理论依据和参考经验，同时对揭示内陆盐碱湿地生态系统的生物化学过程及其生态效应具有重要意义。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究區概况

莫莫格湿地位于吉林省白城市镇赉县境内，面积约为14.4万hm2。区内平均海拔为142 m，地势呈西北高、东南低的特点。气候类型属于温带大陆性季风气候。雨量在各季节分配悬殊，年均降水量为 392 mm。该湿地的水文情况主要受嫩江、二龙涛河、洮儿河和呼尔达河4条河流的影响。莫莫格湿地具有丰富的植物资源，初步统计共有600多种，分属77科，其中，湿地高等植物占29科42属54种[8]。

1.2 样地设置与调查

2019年8月下旬，通过野外实地踏查和调研，根据采样的代表性和可行性原则，在研究区选取7个典型的湿地生境采样，分别为杨树次生林生境（Ⅰ）、碱蓬草甸生境（Ⅱ）、羊草草甸生境（Ⅲ）、芦苇生境（Ⅳ）、玉米农田生境（Ⅴ）、裸露碱斑地（Ⅵ）、裸露地表土（无植被覆盖）（Ⅶ）。分别在所选的各样地内，选取3个50 cm×50 cm 的样方，按“S”型采集表层（0～20 cm）土壤样品，除去砾石、树根等杂物用灭菌自封袋密封带回实验室。

1.3 测定项目与方法

各指标测定方法见表1。

1.4 数据分析

利用Excel 2010及SPSS 19.0对试验数据进行数据处理、统计分析，通过Origin 2018进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同生境土壤pH分布特征

pH是土壤的一项重要化

学性质，它直接影响土壤中各种养分元素的存在形态和对植物的有效性[9]。7种生境土壤pH>7，为碱性土壤，符合我国东北地区松嫩平原苏打盐碱土pH特征。7种不同生境类型之间土壤pH差异显著（P<0.05），为7.99～9.67，其中，杨树次生林生境pH最小为7.99±0.12，无植被覆盖裸露地表土pH最高为9.67±0.23。灌木和乔木林的生长会吸收土壤中更多的阳离子，释放更多的H+，中和土壤中的OH-，从而降低土壤pH，使杨树次生林生境土壤的pH较低。玉米农田生境、芦苇生境、羊草草甸生境等有植被覆盖的生境相交于无植被覆盖的盐碱土壤pH较低。说明pH较低的土壤更适合植被的生长及作物的种植。

2.2 不同生境土壤化学性质差异

从图1可以看出，在不同生境下，土壤有机碳含量有显著差异（P<0.05）。在7种不同生境下，有机碳含量分布情况：芦苇生境（17.55±0.53 g/kg）>无植被覆盖裸露地表土（16.92±1.08 g/kg）>玉米农田生境（12.71±1.33 g/kg）> 裸露碱斑地（12.24±1.05 g/kg）>杨树次生林生境（12.11±1.02 g/kg）>碱蓬草甸生境（11.11±0.84 g/kg）>羊草草甸生境（8.04±0.79 g/kg）;7种不同生境土壤全氮含量大部分存在显著差异（P<0.05），不同生境土壤全氮含量分布：除杨树次生林生境与羊草草甸生境的全氮含量无显著差异外，其余5种生境土壤全氮含量均存在显著差异，其中含量最高是裸露碱斑地（5.68±0.06 g/kg），最低为无植被覆盖裸露地表土（0.09±0.04 g/kg）。7种不同生境土壤铵态氮含量是10.35～14.71 mg/kg，其中羊草草甸生境最低（10.35±0.90 mg/kg），玉米农田生境最高（14.71±0.57 mg/kg）。7种不同生境土壤硝态氮含量为0.35～65.10 mg/kg，其中碱蓬草甸生境最低（0.35±0.12 mg/kg），杨树次生林生境最高（65.10±1.05 mg/kg）。不同生境下土壤全磷含量差异显著（P<0.05），其中全磷含量最高的是羊草草甸生境，为（3.52±0.49） g/kg，最低的是裸露碱斑地，为（0.22±0.02）g/kg;不同生境中表层土壤全钾和速效钾含量均差异显著（P<0.05）。其中，土壤全钾含量最高的是裸露地表土（无植被覆盖），为（16.30±0.56）g/kg，杨树次生林生境全钾含量最低，为（8.32±0.63）g/kg。不同生境土壤速效钾含量为2.24～5.88 mg/kg，其中杨树次生林生境速效钾含量最低，为（2.24±0.12）mg/kg，芦苇生境速效钾含量最高，达（5.88±0.30）mg/kg。

2.3 不同生境土壤化学性质变异特征

研究区内不同生境表层土壤化学性质含量特征见表2。由表2可知，pH的变异系数为1.53%～3.37%，为低等变异。7种不同生境土壤有机碳含量的变异系数为3.01%～10.44%，表现出低等变异;全氮的变异系数为1.01%～40.14%，其中裸露地表土（无植被覆盖）为中等变异，其余6种生境表现为低等变异;铵态氮含量的变异系数为3.88%～8.74%，为低等变异;硝态氮含量的变异系数为1.62%～35.59%，其中杨树次生林生境和裸露地表土（无植被覆盖）表现为低等变异，其余5种生境为中等变异;全磷的变异系数为4.13%～13.79%，为低等变异;全钾的变异系数为2.74%～7.54%，为低等变异;速效钾的变异系数为2.61%～5.16%，为低等变异。

2.4 不同生境土壤养分化学计量特征

由表3可知，7种不同生境中，除裸露碱斑地土壤的C/N和N/P表现出不同程度的中等变异水平外，其余6种生境土壤C/N、C/P和N/P以及裸露碱斑地C/P均表现为较低的变异水平。而在0～20 cm表层土壤中，裸露碱斑地C/N与其他生境土壤存在显著差异，玉米农田生境N/P与其他生境土壤存在显著差异。

2.5 不同生境土壤综合评价

将7种不同生境土壤的pH、有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、全磷、全钾和速效钾含量8个因子（依次使用X 1，X 2，X 3，X 4，X 5，…，X 8），运用相关性分析及主成分分析法进行综合评价。

由表4可知，土壤pH与土壤铵态氮含量呈显著負相关（P<0.05），与土壤全钾、速效钾含量呈极显著正相关（P<0.01）;土壤全氮含量与全磷含量呈极显著负相关（P<0.01）;土壤全钾含量与硝态氮含量呈显著负相关（P<0.05）;土壤速效钾含量与土壤全钾含量呈极显著正相关（P<0.01），与硝态氮含量呈极显著负相关（P<0.01）。

土壤多个指标之间表现出显著的相关关系，表明指标间存在信息重叠。采取主成分分析对指标进行分类整理。由表5可知，7种因子中有3种主成分贡献率较大，分别为42.527%、20.216%、19.219%，累计贡献率达81.962%，说明前3个主成分代表了全部性状81.962%的综合信息，即前3个主成分可以反映该土壤指标的主要信息。根据主成分计算公式，可得到3个主成分与原7项指标的线性组合见式（1）～（3）：

F 1=0.458X 1+0.030X 2+0.289X 3-0.326X 4-0.374X 5-0.148X 6+0.461X 7+0.475X 8（1）

F 2=0.098X 1+0.323X 2+0.438X 3+0.356X 4+0.263X 5-0.697X 6-0.107X 7-0.043X 8（2）

F 3=0.066X 1+0.717X 2-0.375X 3+0.369X 4+0.065X 5+0.261X 6+0.283X 7+0.230X 8（3）

以每个主成分对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例（用）作为权重计算主成分综合模型，如式（4）～（5）：

F=b jF jb=（b 1F 1+b b 1F 1+F 2+b 3F 3+…+b kF k）b

（4）

F=42.527F 1+20.216F 2+19.219F 381.962（5）

把标准化的数据代入（1）～（3）式，可计算出7种生境分别在3个主成分上的得分。再依据主成分综合得分模型（每个主成分对应的特征值与这些值占所提取主成分总特征值之和的比值）得到综合得分F。分析得知，第1主成分为速效钾、全钾、pH、铵态氮、硝态氮，第2主成分为土壤全磷、全氮，第3主成分为有机碳。7种生境中得分最高的是玉米农田生境。

3 讨论

土壤有机碳含量是对土壤进行肥力评价时需要参考的重要指标，不同生境、不同植被覆盖会对土壤有机碳含量产生影响[10]。该研究中，7种生境土壤有机碳含量差异显著（P<0.05）。芦苇生境TOC含量显著高于玉米农田生境及其他生境，这是由于芦苇长期处于自然生长状态下，较少被人类活动干预，芦苇植物根系间微生物加速了土壤主要成分的分解活动。而玉米农田生境及无植被裸地人为活动频繁，影响了土壤结构加速有机质分解。杨树次生林生境、碱蓬草甸生境与羊草草甸生境有机质含量相对较低，可能是由于植被的生长消耗了部分有机质含量，这与秦川等[11]、尹炜等[12]研究结果一致。氮、磷元素作为土壤养分的重要组成部分，其含量可以说明不同生境对土壤质量的影响。土壤氮素是植物吸收的大量元素之一，是土壤养分最重要的指标[13]。研究区0～20 cm土壤中的全氮含量为0.09～5.68 g/kg，明显偏低。研究表明，铵态氮和硝态氮是土壤中有效氮存在的主要形式，也是能被植物根系直接吸收的氮形态。在7种不同生境中，杨树次生林生境在全氮、铵态氮和硝态氮含量上均表现出较高水平，这是因为杨树通过其根系分泌物及地表植物残体向土壤输送氮元素，在其生长发育过程中促进土壤微生物活动。说明林地要比农业用地和草地更利于养分的累积，这与刘帅楠等[14]、张帅等[15]研究结果较为一致。不同生境土壤中，羊草草甸生境全磷含量最高，裸露碱斑地全磷含量最低，主要原因是羊草草甸生境所处区域的人为干扰小，能够构成一个封闭的生态系统，基本实现物质能量的自我循环利用，因而磷素含量较高;而裸露碱斑地会受到人为活动的干扰以及pH影响，引起土壤磷素的减少，因而全磷含量最低，这与刘沛松等[16]的研究结果一致。土壤中的钾元素是植物生长的必需营养元素，其受耕作方式、成土条件等影响，是土壤肥力的重要物质基础。从土壤指标相关性分析可以看出，不同生境土壤全钾及速效钾含量均与pH呈显著正相关，说明该地区土壤钾元素含量与土壤酸碱度密切相关。

研究表明，C、N、P元素会在植物与土壤之间发挥耦合作用，既会影响植物的生长又会影响土壤养分含量[17]。该研究区内，不同生境土壤养分贫瘠，各项指标含量均为较低的水平。该研究区裸露碱斑地表现出较高的C/N，这是由于该生境氮元素相对匮乏，导致土壤C/N偏高。朱秋莲[18]、杜满义等[19]研究表明，较高的C/N 会限制土壤微生物活动从而抑制有机质分解速率。在土壤养分化学计量特征中C/P用来表征土壤磷矿化水平和反映土壤微生物对土壤中磷元素转化能力的指标[20]，而N/P是预测土壤养分限制类型的重要指标之一[21]。该研究区内，7种不同生境土壤C/P和N/P均处于较低水平，说明该研究区土壤中磷元素分解速率较快而氮元素相对匮乏。

4 结论

（1）研究区不同生境土壤pH为7.99～9.67，属于碱性土壤，且土壤pH与土壤全氮含量呈显著负相关（P<0.05），与土壤全钾、速效钾含量呈极显著正相关（P<0.01）。

（2）研究区内，7不同生境土壤养分间具有明显差异，C/N、C/P和N/P普遍处于较低水平。

（3）速效钾、全钾、pH、铵态氮、硝态氮为7种不同生境土壤养分的第1主成分，玉米农田生境在主成分中得分最高。

参考文献

[1] 林春英，李希来，韩辉邦，等.黄河源区河漫滩湿地土壤和植被变化特征[J].江苏农业科学，2016，44（4）：423-426.

[2] 韩大勇，杨永兴，杨杨，等.湿地退化研究进展[J].生态学报，2012，32（4）：289-303.

[3] 王振芬.三江平原湿地不同土地利用方式对土壤养分及酶活性的影响[J].水土保持研究，2019，26（2）：43-48.

[4] 孙飞达，李飞，陈文业，等.若尔盖退化高寒湿地土壤理化性质、酶活性及微生物群落的季节动态[J].生态学报，2020，40（7）：2396-2406.

[5] 黄蓉，王辉，马维伟，等.尕海洪泛湿地退化过程中土壤理化性质的变化特征[J].水土保持学报，2014，28（5）：221-227.

[6] 万忠娟，于少鹏，王海霞，等.松嫩平原内陆盐碱湿地的类型特征及分布规律[J].湿地科学，2003，1（2）：141-146.

[7] 李迪，姜艳君.莫莫格保护区湿地生态系统服务功能价值评估[J].环境与发展，2019，31（10）：194-196.

[8] 刘波，吕宪国，姜明，等.莫莫格扁秆藨草恢复湿地土壤种子库对长芒稗入侵的响应[J].生态学报，2016，36（8）：2217-2222.

[9] 张忠启，茆彭，于东升，等.近25年来典型红壤区土壤pH变化特征：以江西省余江县为例[J].土壤学报，2018，55（6）：1545-1553.

[10] 李鉴霖，江长胜，郝庆菊.缙云山不同土地利用方式土壤有機碳组分特征[J].生态学报，2015，35（11）：3733-3742.

[11] 秦川，何丙辉，蒋先军.三峡库区不同土地利用方式下土壤养分含量特征研究[J].草业学报，2016，25（9）：10-19.

[12] 尹炜，朱惇，雷俊山，等.丹江口水库典型消落区不同土地利用类型土壤养分分布[J].长江流域资源与环境，2015，24（7）：1185-1191.

[13] NSHOLM T，EKBLAD A，NORDIN A，et al.Boreal forest plants take up organic nitrogen[J].Nature，1998，392（6679）：914-916.

[14] 刘帅楠，李广，吴江琪，等.黄土丘陵区不同土地类型下土壤养分特征：基于生态化学计量学[J].草业学报，2021，30（3）：200-207.

[15] 张帅，许明祥，张亚锋，等.黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响[J].环境科学学报，2014，34（12）：3094-3101.

[16] 刘沛松，王健胜，楚纯洁，等.豫西低山丘陵区不同土地利用方式对陡坡地土壤理化性状的影响[J].干旱地区农业研究，2014，32（1）：208-212，229.

[17] MCGRODDY M E， DAUFRESNE T， HEDIN L O.Scaling of C：N：P stoichiometry in forests worldwide：Implications of terrestrial redfield-type ratios[J].Ecology，2004，85（9）：2390-2401.

[18]朱秋莲.黄土丘陵区不同植被带立地条件对植物—枯落物—土壤生态化学计量特征的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2013.

[19] 杜满义，封焕英，张连金，等.华北石质山区不同植被恢复类型土壤碳、氮特征[J].生态学杂志，2018，37（6）：1849-1855.

[20] 彭学义，贾亚男，蒋勇军，等.中梁山岩溶槽谷区不同土地类型土壤生态化学计量学特征[J].中国农学通报，2019，35（5）：84-92.

[21] 甘华阳，张顺之，梁开，等.北部湾北部滨海湿地水体和表层沉积物中营养元素分布与污染评价[J].湿地科学，2012，10（3）：285-298.