盐城沿海滩涂湿地不同植物群落对土壤理化性质的影响

陈志洲,符兰吟,陈亚芹,张亚楠,邓丽娜,张楷歆,李洪山,成 海*

(1.江苏盐城国家级珍禽自然保护区管理处,江苏盐城 224057;2.盐城工学院海洋与生物工程学院,江苏盐城 224051)

江苏海滨湿地为淤泥质潮滩,拥有着丰富的滩涂资源,保持了天然的生态系统结构和功能[1]。滨海滩涂湿地的植物群落生境层次十分明显,在滩涂宽阔、人类干扰程度小的沿海海岸段,从海边向陆地方向过渡生态类依次为无植被的光滩、盐地碱蓬滩、獐茅草滩、白茅草滩或芦苇滩[2]。但自从将互花米草(Spatinaalterniflora)引入种植到滩涂后,由于互花米草能够防风固沙且能阻挡潮流,影响了潮水的上涨以及漫延,从而可以改变土壤条件,而土壤因子的改变将影响植物生长、繁殖和种间竞争,进而改变海滨湿地植物群落生境[3-4]。然而,湿地植物分布和生长与土壤理化性质间相互影响,且这种影响效应因植物种类不同而异[5]。目前关于滨海湿地植物生长与土壤因子间的研究相对较少。

滩涂湿地具有高度敏感和脆弱特征,在自然和人为的双重影响下,湿地的植被处于高度的动态演变中[3]。解析海滨湿地土壤理化特性与植物群落生境之间的关系是科学认识湿地生态过程、维护海滨湿地功能的基础[3]。该研究为探讨不同植物群落覆被对滨海滩涂土壤理化特性的影响,以江苏盐城地区滩涂湿地的不同植物群落交错带为研究对象,对不同植物覆被区的土壤理化指标进行分析和比较,明确四季滩涂湿地不同植被群落交错带下植物生长过程中土壤理化特性因子的变化情况,为进一步科学认识海滨湿地植物群落生境的生态过程及其动态演变打下基础,也为海滨湿地保护与合理利用提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 土样来源及预处理江苏盐城条子泥市级自然保护区(32°43′53″～32°52′57.16″N,120°53′58.38″～121°3′13.06″E)具有高泥淤泥质海滩,由海到陆呈现明显的植被分异,保护区雨热同季,夏季雨量集中。该研究以条子泥保护区内植物群落交错带划分生境梯度带,选择芦苇-互花米草交错带(E1)、互花米草-盐地碱蓬交错带(E2)、盐地碱蓬内部带(E3)、盐地碱蓬群落边缘带(E4)为研究对象,在2021年6月现场测量并记录每个梯度带内植物的种类、盖度、株高,并分别在当年的3、6、9、12月于每个梯度带上设置5个样方的取样法,取5个直径为1 m×1 m 的样方,深度为20 cm的混合土样,自然风干后,过60目筛后,置于密封袋中贮存备用。

1.2 试验器材分光光度计、分析天平、恒温加热器、坩埚、加热炉、凯氏定氮仪、pH计、环刀、烧杯、玻璃棒、锥形瓶、量筒、试管架、漏斗等。

1.3 试验方法现场测量并记录每个样方内植物的种类、盖度、株高;采用电位法测定土壤pH[6];质量法测定盐分含量[7];重铬酸钾容量法测定土壤的有机质含量[7];环刀法测定土壤含水量[6];半微量凯氏定氮法测定总氮含量[7];氯化钾溶液提取-分光光度法测定氨氮含量[7]。各试验指标测量时均重复3次。

1.4 数据分析测定的土壤理化特性指标数据采用 Excel 2016 进行数据统计和作图,采用 SPSS 22.0统计软件的单因素(One-way-ANOVA)结合LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同植物群落交错带的植物群落组成特征现场测量发现(表1),芦苇-互花米草交错带(E1)中植物群落的盖度、株高高于其余植物群落交错带,互花米草-盐地碱蓬交错带(E2)中总植物群落的盖度、株高高于纯盐地碱蓬群落带(E3、E4),其中E2中盐地碱蓬的平均盖度、高度均低于E3、E4;互花米草群落边缘通过分蘖向盐地碱蓬群落内部方向扩张,盐地碱蓬内部带(E3)植物盖度高于盐地碱蓬群落边缘带(E4),株高差异不大。

表1 6月不同梯度带植物组成和特征

2.2 不同植物群落交错带的土壤pH从图1可看出,整个研究区域内芦苇-互花米草交错带(E1)土壤的pH均高于其他植物群落交错带,9月份时E3土壤的pH最低,为7.78,3月份时E1土壤的pH最高,为8.9,属于强碱性土。结果表明研究区土壤pH均较高,整体为碱性土壤,3月份时土壤的碱性稍强。

注:不同小写字母表示同一月份不同交错带间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).图1 不同植物群落交错带土壤的pHFig.1 pH of soils in different ecotone zones of plant communities

2.3 不同植物群落交错带的土壤盐分含量由图2可知,在3、6、9、12月中盐地碱蓬内部带(E3)盐分含量均为最高值,6月份时E3土壤盐分含量最高,为27 g/kg。在3、6、9、12月中条子泥滩涂湿地保护区中芦苇-互花米草交错带(E1)和互花米草-盐地碱蓬交错带(E2)的土壤盐分含量较低,盐地碱蓬内部带(E3)的土壤盐分含量较高。

注:不同小写字母表示同一月份不同交错带间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).图2 不同植物群落交错带土壤的盐分含量Fig.2 Soil salt content in different ecotone zones of plant communities

2.4 不同植物群落交错带的土壤含水量从图3可以看出,所有土壤的含水量均大于30%,相比较而言12月份土壤含水量均较高。3月份时芦苇-互花米草交错带(E1)土壤含水量较高,其中E4含水量最低;除了3月份,6、9、12月的盐地碱蓬内部带(E3)的土壤含水量较高。

注:不同小写字母表示同一月份不同交错带间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).图3 不同植物群落交错带土壤的含水量Fig.3 Soil water content in different ecotone zones of plant communities

2.5 不同植物群落交错带的土壤有机质含量由图4可知,3、9月时土壤中有机质含量均表现出E1和E2显著高于E3和E4(P<0.05),6月时E3土壤中有机质含量较高,12月时E2土壤中有机质含量较高。结果表明研究区中盐地碱蓬内部带(E3)6月时土壤中有机质含量较高,3、9、12月互花米草-盐地碱蓬交错带(E2)土壤中有机质含量较高。

注:不同小写字母表示同一月份不同交错带间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).图4 不同植物群落交错带土壤的有机质含量Fig.4 Organic matter content in soils of different ecotone zones of plant communities

2.6 不同植物群落交错带的土壤氨氮和总氮含量由图5可知,在3、6、9、12月中不同植物群落交错带的土壤氨氮含量和总氮含量的变化趋势一致。3月时E1和E2土壤的氨氮和总氮含量较E3、E4高(P<0.05),6月时E3土壤中氨氮和总氮含量最高,9月时E1土壤中总氮含量最高,12月时不同交错带的土壤中氨氮和总氮含量差异变化不大(P>0.05)。

注:不同小写字母表示同一月份不同交错带间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between different interlaced bands in the same month(P<0.05).图5 不同植物群落交错带土壤的氨氮和总氮含量Fig.5 Ammonia nitrogen and total nitrogen contents in soils of different ecotone zones

2.7 不同植物群落交错带土壤因子的相关性由表2可知,滩涂湿地不同生境群落土壤的pH与盐分含量、含水量呈负相关;土壤的盐分含量与有机质含量、氨氮含量、总氮含量呈负相关;土壤含水量与氨氮含量、有机质含量与氨氮含量呈显著正相关(P<0.05),总氮含量与有机质含量、氨氮含量与总氮含量呈极显著正相关(P<0.01)。

表2 土壤理化特性因子的相关性

3 结论与讨论

在江苏盐城条子泥市级自然保护区滩涂湿地上植被以盐地碱蓬为主,分布有互花米草和芦苇等耐盐植物,多为单优势种群落。研究发现在3、6、9、12月中保护区滩涂湿地的土质pH最低值为7.78,表现为碱性土壤,3月土壤碱性稍强,研究结果进一步证实不同的耐盐植物生长后土壤pH变化差异并不大[8]。

盐地碱蓬是滨海滩涂高盐土壤生长的“先锋植物”,在该研究中高覆被区盐地碱蓬的表层土壤水溶性盐含量较高,考虑这可能是因为盐地碱蓬为一年生的盐生植物,生长期间吸收土壤盐分,生长期易形成枝叶凋落物,凋落物分解后,大量盐分返回表层土壤,增加了表层土壤水溶性盐含量[9]。对保护区土壤含水量测定发现盐地碱蓬覆被可提高土壤的最大持水性,这与陈立华等[5]的研究结果一致。植物需从土壤中不断吸收氮、磷、钾等矿质元素维持生长发育[10],而土壤表层的有机质等含量与植物根系新陈代谢和枯枝落叶形成的腐殖质相关[5],该研究中互花米草-盐地碱蓬交错带(E2)覆被的土壤中有机质、氨氮和总氮含量整体较高,可能原因是互花米草具有发达的根组织,而根系会吸收深层土壤中元素并向根际土层转运,用于其生长发育[11];且盐地碱蓬为一年生草本植物,生长期枝叶凋落物积累量大,凋落物分解后增加土壤养分的回还[12],因此,互花米草-盐地碱蓬交错带土壤的有机质、氨氮和总氮含量易于积累。

该研究结果还显示滩涂湿地不同生境群落土壤的盐分含量与有机质含量、氨氮含量、总氮含量呈负相关,分析可能原因是高盐环境抑制植物根系对养分的吸收,影响了土壤中养分的含量。土壤含水量与氨氮含量、总氮含量、有机质含量均呈正相关,分析原因是滨海滩涂区域的土壤含水量高,易于枝叶凋落物的腐烂分解,进而增加了表层土壤养分。

综上所述,条子泥保护区土壤整体偏碱性,土壤的保水性高,蓄水能力较强;盐地碱蓬内部群落带表层土壤盐分含量较高;在互花米草-盐地碱蓬高覆盖区有机质、氨氮、总氮含量整体较高。研究不同的植物群落覆被对滩涂土壤理化特性的影响,可为深入了解海滨湿地生态系统的演替过程打下基础,也为湿地的保护和利用提供参考依据。