（自然地理学专业论文）三峡库区消落带温地土壤碳氮的分布研究.pdf

一 1 l 、 i ， 目录 删、(,t882646 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 研究背景及意义：1 1 2 文献综述2 1 3 研究内容与技术路线6 1 4 研究方法8 第2 章研究区土壤基本理化性质分析9 2 1 研究区概况9 2 2 研究区的土壤类型10 2 3 土壤基本理化性质的测定与分析。1 1 第3 章土壤有机碳的含量及分布特征1 7 3 1 碳循环及湿地土壤有机碳的积累与分解1 7 3 2 土壤有机碳的含量特征1 9 3 3 土壤有机碳的空间分布特征2 l 3 4 土壤有机碳2 0 0 8 2 0 0 9 年的变化情况2 3 3 5 小结。2 4 第4 章土壤氮的含量及分布特征2 5 4 1 氮循环及土壤氮的输入与输出2 5 4 2 土壤氮的含量特征分析2 6 4 3 土壤氮的时空分布特征3 0 4 4 j 、结：31 第5 章土壤碳与土壤其它性质的相关分析：3 3 5 1 土壤有机碳与土壤其它性质的相关性分析3 3 5 2 土壤养分元素之间的相关性分析3 3 5 3 土壤有机碳和土壤氮的关系3 5 5 4d 、结。3 6 第6 章结论3 7 6 1 三峡库区消落带湿地土壤的基本理化性质3 7 6 2 三峡库区消落带湿地土壤有机碳含量及变化特征3 7 6 3 三峡库区消落带湿地土壤氮含量及其变化特征3 8 6 4 土壤碳、氮与土壤其它性质的关系3 8 6 5 三峡库区消落带湿地土壤碳、氮的汇源效应分析3 9 论文的不足与展望4 0 参考文献4 1 致 谢4 9 在读期间发表论文及科研成果5 1 摘要 三峡库区消落带湿地土壤碳氮的分布研究 自然地理学专业硕士研究生谭波 指导教师傅瓦利教授 摘要 随着人们对环境问题的日益关注，湿地的生态功能及其保护越来越受到重视。湿地是陆 地土壤中的主要碳储存库，土壤碳储量较高。湿地通常被认为是温室气体组分的“调节器” 和c 0 2 的“汇”，在全球环境变化研究中具有重要意义，湿地生态系统中的碳循环研究已成 为当前全球变化研究的热点之一。而氮是湿地土壤中最主要的限制性养分，它是引发江河、 湖泊等水体发生富营养化的主要因素。因此，湿地生态系统中氮的物质循环研究具有重要的 现实意义。 三峡库区消落带是在“自然人工”双重干扰作用下，由陆地转变为水陆交替的湿地， 是个特殊的湿地生态系统。三峡工程在2 0 0 8 年和2 0 0 9 年两次进行1 7 5 m 试验性蓄水，但 只分别蓄水至1 7 2 8 m 和1 7 1 4 3 m 。本研究于2 0 0 8 年、2 0 0 9 年连续两年在三峡库区小江流域 消落带，按海拔段1 4 5 1 6 0 m 、1 6 0 1 7 0 m 、1 7 0 1 7 5 m 采取土壤样品，经室内实验测定土壤的 各项基本性质，再利用s p s s1 7 0 和e x c e l2 0 0 7 平台对实验数据进行分析，得到主要结论 如下： ( 1 ) 研究区土壤类型主要为紫色土、黄壤和潮土。土壤质地偏轻，砂粒含量偏高，均值为 3 9 1 1 ，最高达到8 2 3 3 。土壤p h 值大多数分布在7 5 8 5 之间，土壤呈中性或弱碱性。土 壤养分元素中磷、钾含量偏高，氮含量较低。全氮含量平均值为8 5 9 0 r a g k 9 1 ，变异系数为 2 7 7 4 ，水解氮含量平均值为6 3 1 9 r a g k 9 1 ，变异系数为3 9 4 0 ；全磷含量平均值为 1 1 1 9 k 9 1 ，有效磷含量平均值1 6 7 l i n g k 9 1 ；土壤全钾含量平均值为2 1 2 魄l 嘻1 ，速效 钾平均含量为7 1 2 4 r a g k g - 1 。 ( 2 ) 研究区内土壤有机碳含量总体上属于偏低水平，介于4 8 3 - 2 0 2 5 9 k 分1 之间，平均值 为1 1 1 8 9 k f l 。成土母质、覆盖植被、土地利用方式以及淹水时间长短等因素均对土壤有 机碳的含量造成影响。从土壤有机碳含量的统计分析来看，研究区内淹水前不同土地利用方 式下的土壤有机碳含量差异较大，其平均值大小顺序为：水田 草地 撂荒地 旱地，均值分 别为1 4 7 5 9 k g - 1 、1 1 9 4g k 9 1 、9 8 8g k 9 1 、9 1 0g k g 1 。通过对2 0 0 9 年与2 0 0 8 年土壤 有机碳含量的比较发现，研究区内2 0 0 9 年土壤有机碳的含量总体上高于2 0 0 8 年，说明淹水 环境有利于有机碳的积累。 两南大学硕十毕业论文 ( 3 ) 通过对研究区内不同区域、不同土地利用方式下的土壤氮含量进行分析发现，土壤氮 含量与有机碳的变化趋势基本一致。不同土地利用类型的土壤全氮含量平均值大小次序 均为：水田 草地 撂荒地 早地。淹水时间的长短同样对土壤氮含量有影响，不过淹水时 间较长的地带并不是氮含量最高的地带，而淹水和落干时间相当的地带更有利于土壤中氮的 积累，但淹水时间过短也会导致土壤养分的积累减少。研究区2 0 0 9 年土壤氮含量总体上比 2 0 0 8 年有所增加，与有机碳含量的变化一致。 ( 4 ) 就研究区内土壤碳和氮含量与土壤淹水状况分析表明，淹水条件有利于土壤中 碳和氮的积累。研究表明，土壤有机碳含量和氮含量呈现出良好的相关性，从土壤c n 值来看，不同土地利用方式下的土壤c n 值大小为：水田 撂荒地 旱地 草地。由于 高的c n 值能降低有机质的分解从而达到保存有机碳的目的，说明在一定的氮含量水 平下，水田土壤的固碳能力高于其它土地利用方式下的土壤，因此，可以认为长期淹 水条件下的水田土壤具有“碳汇”潜能。而土壤中的氮主要以有机态的形式存在，土 壤有机质含量越高氮含量也就越高。那么，淹水条件下的土壤也在一定程度上发挥了“氮汇” 的作用。研究区内土壤碳和氮2 0 0 9 年的含量均高于2 0 0 8 年，可见，三峡库区消落带湿地土 壤具有碳氮的“汇效应”。 i i 关键词：消落带湿地土壤碳氮汇源效应三峡库区 - d a b s t r a c t s t u d y o nd i s t r i b u t i o no fc a r b o na n d n i t r o g e n i nt h ew e t l a n ds o i lo fw a t e r f l u c t u a t i o nz o n ei nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i r m a jo r ：p h y s i c a lg e o g r a p h y m a s t e rc a n d i d a t e ：t a nb o a d v i s e r ：p r o f e s s o rf uw a l i a b s t r a c t w i t hg r o w i n gc o n c e mf o re n v i r o n m e n t a li s s u e s ，t h ee c o l o g i c a lf u n c t i o na n dp r o t e c t i o no f w e t l a n dh a sb e e np a i da t t e n t i o nm o r ea n dm o r e o nl a n d ，w e t l a n di sm a i ns t o r a g eo fs o i lc a r b o n ，i t s s o i ls t o c k sm u c hc a r b o n w e t l a n di sg e n e r a l l yc o n s i d e r e da st h e ”r e g u l a t o r ”o fg r e e n h o u s eg a sa n d t h e ”s i n k ”o fc 0 2 ，i th a st h ev i t a ls i g n i f i c a n c ei nt h eg l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g es t u d y t h e c a r b o nc y c l eo fw e t l a n de c o s y s t e mh a sb e c o m eaf o c u si ng l o b a lc h a n g er e s e a r c h a n dn i t r o g e ni s t h em o s ti m p o r t a n tr e s t r i c t i v en u t r i e n to fw e t l a n ds o i la n di ti st h em a i nf a c t o rw h i c hc a u s e s e u t r o p h i c a t i o no fr i v e r sa n dl a k e s t h u s ，t h em a t e r i a lc y c l eo ft h en i t r o g e no fw e t l a n de c o s y s t e m s h a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h ew a t e rf l u c t u a t i o nz o n eo ft h r e eg o r g e sr e s e r v o i ri sw e t l a n dw h i c hi sc o n t r o l l e d a l t e r n a t e l yb yl a n da n d w a t e rf o r m e df r o mt h el a n di nt h ed u a li n t e r f e r e n c ew i t hn a t u r ea n dh u m a n i ti su n i q u ew e t l a n de c o s y s t e m t h eh i g h e s tw a t e rl e v e lo ft h r e eg o r g e sp r o j e c tw a s17 2 8 m ( i n 2 0 0 8 ) a n d 171 4 3 m ( i n 2 0 0 9 ) r e s p e c t i v e l y i nt h e s t u d y ，a c c o r d i n g t o a l t i t u d e s e c t i o n ( 14 5 - 16 0 m ，16 0 - 17 0 m ，17 0 - 17 5 m ) o fw a t e rf l u c t u a t i o nz o n eo ft h es m a l lr i v e rb a s i ni n t h r e eg o r g e sr e s e r v o i r ，a l ls o i ls a m p l e sw e r et a k e ni n2 0 0 8a n d2 0 0 9 t h r o u g ht h ea n a l y s i so f e x p e r i m e n t a ld a t ab ys p s s17 0a n de x c e l 2 0 0 7a f t e rt h ed e t e r m i n a t i o no fb a s i cp r o p e r t i e so f s o i ls a m p l e si nl a b o r a t o r y ，t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s t h em a i nt y p e so fs o i la r ep u r p l es o i l ，y e l l o ws o i la n dd a m ps o i li nt h es t u d ya r e a t h es o i l t e x t u r eo f s a m p l e sw a sl i t t l el i g h ta n dt h e r ew a sm u c hm o r es a n dc o n t e n ti nt h es o i l t h em e a no f s a n d c o n t e n tw a s3 9 i1 ，t h em a x i m u mw a s8 2 3 3 t h ed i s t r i b u t i o no fs o i lp hw a sm a i n l ya t7 5 - 8 5 ，i t r e f l e c t e dt h a tt h es o i lw a sn e u t r a lo rw e a ka l k a l i n e t h e r ew a sal m0 fka n dpi nt l en u t r i e n te l e m e n t s o ft h es o i l ，b u tnw a sl i t t l e t h ea v e r a g ec o n t e n to fnw a s8 5 9 0 m g - k g ，c vw a s2 7 7 4 t h e a v e r a g ec o n t e n to fh y d r o l y z e dn i t r o g e nw a s6 3 1 9 m g - k g 1 ，c vw a s3 9 4 0 t h ea v e r a g ec o n t e n to f i i i 两南大学硕十毕业论文 t o t a lp h o s p h o r u sa n da v a i l a b l ep h o s p h o r u sw a sl - ll 驴k g - 1a n d16 71m g k 9 1 t h ea v e r a g ec o n t e n to f t o t a lka n da v a i l a b l ekw a s2 1 2 6 9 k g 1a n d71 2 4 m g k g 1 s o cw a sg e n e r a l l ya tal o wl e v e li nt h es t u d ya r e a i t sc o n t e n tr a n g e d4 8 3 - 2 0 2 5 9 k g - 1a n dt h e m e a nw a s11 18 9 k g - 1 a l lt h ef a c t o r ss u c ha ss o i lp a r e n tm a t e r i a l s ，v e g e t a t i o n ，l a n d - u s ea n df l o o d i n g a f f e c tt h ec o n t e n to fs o c f r o ms t a t i s t i c sa n a l y s i sa b o u ts o c ，t h ec o n t e n to fs o cu n d e rd i f f e r e n t l a n d u s ep a t t e r n sp r i o rt of l o o d i n gw a sq u i t ed i f f e r e n ti nt h es t u d ya r e a t h eo r d e ro ft h ec o n t e n to f s o cw a sp a d d yf i e l d ( 1 4 7 5 9 k g - 1 ) g r a s s l a n d ( 11 9 4 9 k g 1 ) a b a n d o n m e n tl a n d ( 9 8 8 9 k g - 1 ) d r y l a n d ( 9 10 9 k 9 1 ) t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no fs o cc o n t e n ti n2 0 0 9a n d2 0 0 8 ，i tw a sf o u n dt h a tt h e s o cc o n t e n to f2 0 0 9w a sh i g h e rt h a nt h a to f2 0 0 8i nt h es t u d ya r e a t h e r e f o r e ，f l o o d i n ge n v i r o n m e n t i sc o n d u c i v et ot h ea c c u m u l a t i o no fs o i lo r g a n i cm a t t e r t h r o u g ht h ea n a l y s i so fn i t r o g e nc o n t e n ti nt h es o i lo fd i f f e r e n tr e g i o n so rd i f f e r e n tl a n d - u s e p a t t e r n si nt h es t u d ya r e a , t h er e s u l tw a st h a tt h ev a r i a t i o no fs o i ln i t r o g e nc o n t e n ta n ds o cc o n t e n t w a sc o n s i s t e n t t h eo r d e ro f t h ec o n t e n to fs o i lt o t a ln i t r o g e na n da v a i l a b l en i t r o g e nw a sp a d d yf i e l d g r a s s l a n d a b a n d o n m e n tl a n d d r yl a n d t h ed u r a t i o no ff l o o d i n ga l s oa f f e c t e dt h es o i lc o n t e n to f n i t r o g e n , b u tt h ez o n ew h i c hw a sf l o o d e dl o n g e s th a dn o tt h eh i i g h e s tc o n t e n to fn i t r o g e n w h e r et h e s o i lw a sf l o o d e da sm u c ht i m ea sd r i e dt h e r ew a sr a t h e rm o r ec o n d u c i v et ot h ea c c u m u l a t i o no f n i t r o g e n i ft h es o i lw a sf l o o d e do n l ye x t r e m e l ys h o r tt i m et h a tc a nl e a dt ot h ea c c u m u l a t i o no fs o i l n u t r i e n t sd e c r e a s e d t h es o i ln i t r o g e nc o n t e n to f2 0 0 9w a sm o r et h a nt h a to f2 0 0 8i nt h es t u d ya r e a i t v a r i e dw i t ht h es a m et r e n do fs o c s t u d yo nr e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a r b o n n i t r o g e na n ds o i lf l o o d i n gs i t u a t i o ns h o w e dt h a tt h e f l o o d i n gc o n d i t i o nw a s f a v o r a b l ef o rt h ea c c u m u l a t i o no fc a r b o na n dn i t r o g e ni ns o i l s t u d ys h o w e d t h a tt h e r ew a sg o o dc o r r e l a t i o nb e t w e e ns o ca n dn s t u d yo ns o i lc nv a l u es h o w e dt h a tt h eo r d e r o ft h ec o n t e n to fs o i lc nv a l u ea m o n gd i f f e r e n tl a n d u s ep a t t e m sw a s p a d d yf i e l d a b a n d o n m e n t l a n d d r yl a n d g r a s s l a n d b e c a u s eo r g a n i cm a t t e rw i t hh i g hc nv a l u ed e c o m p o s e ss l o w l y ，i ti s f a v o r a b l ef o rp r e s e r v a t i o no fs o c s u m m a r y ，w h e nt h en i t r o g e nc o n t e n ti si nac e r t a i nl e v e l ，t h e s e q u e s t r a t i o nc a p a c i t y o fs o i lc a r b o ni n p a d d yf i e l di ss t r o n g e rt h a no t h e rl a n d u s e p a t t e r n s t h e r e f o r e ，t h o s em a ys h o wt h a tp a d d ys o i lu n d e rl o n g - t e r mf l o o d i n gi sp o t e n t i a l ”c a r b o n s i n k ”t h es o i lo r g a n i cn i t r o g e ni sm a i nf o r mi nt h es o i ln t h em o r es o i lo r g a n i cm a t t e r ，t h em o r e s o i ln i t r o g e n t oac e r t a i ne x t e n t ，t h es o i lw h i c hi si nf l o o d e dc o n d i t i o np l a y st h er o l eo f ”n i t r o g e n s i n k ”t h ec o n t e n to fs o ca n dni n2 0 0 9w a sh i g h e rt h a nt h a ti n2 0 0 8i nt h es t u d ya r e a i ts h o w e d t h a tw e t l a n ds o i lo ft h r e eg o r g e sr e s e r v o i rp l a y e dt h er o l eo f ”c a r b o n n i t r o g e ns i n k ” k e yw o r d s ：w a t e rf l u c t u a t i o nz o n e w e t l a n ds o i lc a r b o na n d n i t r o g e n s i n k s o u r c ee f f e c tt h r e eg o r g e sr e s e r v o i r 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 湿地与森林、草原、海洋一起构成了全球四大自然生态系统，它具有丰富的 生物多样性和重要的生态功能。按照1 9 7 1 年湿地公约的定义，湿地( w e t l a n d ) 是指无论天然或人为、永久或暂时、静止或流水、淡水或咸水、或二者混合，由 沼泽、泥沼、泥煤地或水域所构成的区域，包括水深在低潮时不超过六公尺的沿 海区域。它能够防洪抗洪、改善环境、调节大气组分、净化水质、防治污染、调 节生态平衡等，具有不可替代的生态功能。因此，湿地又享有“地球之肾 的美 誉。湿地土壤( w e t l a n ds o i l ) 是在长期积水或季节性积水条件下形成的，是水生植 物和湿生植物生长的重要环境【l 】。湿地土壤对湿地生态系统的演变发展有着重要 影响，并且对温室气体含量具有调节作用，湿地生态系统比较脆弱，一旦遭受破 坏超过其自愈的限度，要恢复到受损前的状态相当困剌2 1 。湿地土壤有机碳对气 候变化的响应比较敏感，能在一定程度上指示气候变化 3 1 ；而氮素作为湿地土壤 营养水平的指示物，是引发水体发生富营养化的重要因子之一。 近年来，湿地围垦、湿地环境污染、湿地资源的过度开发利用、大江大河流 域水利工程建设、城市建设与旅游业的盲目发展等人类活动导致了湿地生态系统 退化，造成湿地面积缩小、生物多样性降低、湿地功能大大降低甚至丧失。为了 提高人们保护湿地的意识，1 9 9 6 年3 月湿地公约常务委员会第1 9 次会议决 定：从1 9 9 7 年起，将每年的2 月2 日定为“世界湿地日。2 0 1 0 年、2 0 1 1 年世界 湿地日的主题分别为“湿地、生物多样性与气候变化”、“湿地与森林 。可见，随 着人们对环境问题的日益关注，湿地生态系统受到了与森林生态系统同样的重视， 其生态功能及其保护得到了更大的关注。 现代地球系统科学思想认为，地球环境中的每一个圈层，每一个生态系统以 及每一个过程都不是孤立的，它们的形成和发展都包含着其它圈层、生态系统与 过程，表现出地球系统的整体性 4 1 。因此，全球环境问题必然对湿地生态系统和 区域环境产生深远影响，而湿地生态系统和区域环境又有可能发展成为全球问题。 全球气候变化也可能影响湿地的面积和分布，改变湿地生态系统的环境条件及碳 循环过程和机制。湿地生态系统在化学元素循环尤其是c 0 2 、c h 4 等温室气体的 固定与释放中起着重要的控制作用，因此研究湿地生态系统碳循环、碳的分布及 其变化动态对全球气候变化具有重要意义。而氮作为湿地土壤中的主要营养成分， 是引发江河、湖泊等水体发生富营养化的主要诱因。湿地土壤中氮素含量及其迁 移转化过程会影响着湿地生态系统的结构、功能及生产力【5 】。湿地中n 2 0 等温室 两南大学硕十毕业论文 气体排放量的增加会加剧全球变暖趋势，进而对湿地物种的分布、生物多样性以 及植物的生长带来极为深刻的影响。所以，湿地氮循环研究也逐渐成为全球化研 究中的热点。 水库消落带是指由于水库季节性水位涨落而使周边被淹没的土地周期性出露 水面的一段特殊区域【6 】。三峡库区消落带是指在三峡水库蓄水后，大坝上游库区 两岸形成的一个水位有季节性变化规律的涨落区，并逐渐演化形成一个独特的湿 地生态系统。按照三峡水库的水位运行调度方案，其水位将在1 4 5 1 7 5 m 之间变 化，夏季低水位运行( 1 4 5 m ) ，冬季高水位运行( 1 7 5 m ) ，形成以半年为周期的消落 区域，整个消落带面积约为3 4 0 k m 2 7 1 。消落带不同水位区段可以表征消落带淹没 与出露成陆的季节及时间长短，以此作为类型划分标准将可将消落带按海拔划分 为三个区段：1 4 5 1 6 0 m 区段：1 0 月至次年4 月淹水，5 - 9 月逐渐成陆，出露时 间为1 2 0 1 5 0 d ；1 6 0 1 7 0 m 区段：1 0 月中旬至次年3 月淹没，4 1 0 月逐渐成陆， 出露时间为1 9 0 2 0 0 d ；1 7 0 1 7 5 m 区段：1 0 月末至次年2 月淹水，1 1 0 月中旬 成陆，出露时间约3 0 0 d 。三峡水库是一个典型的河道型水库，水位冬涨夏落，与 自然枯洪规律相反，且消落带周围人类活动强烈，因而，三峡库区消落带湿地属 于特殊的湿地生态系统【8 j 。 近年来，部分学者对三峡库区消落带的研究主要集中在土地资源利用与保护 和消落带生态建设管理两个方面，如运用生产潜力衰减法对消落带土地承载力进 行了研究，并探讨了消落带的土地利用方式 9 1 。此外，有不少学者对库区消落带 的水土保持和生态环境保护做了研究，如谢德体等就三峡库区消落带对库区的水 土环境进行了研究，分析了消落带水土的交互作用对整个湿地生态系统的影响， 并提出了保护消落带生态环境的主要对策【l o j ，但将三峡库区消落带作为湿地生态 系统进行研究的文献很少，因此，从湿地角度来研究消落带是一个全新的领域。 故本研究选取三峡库区消落带湿地土壤作为研究对象，重点研究湿地土壤有机碳、 氮的含量特征、空间分布差异及消落带土壤淹水前后碳、氮的变化，以期了解三 峡库区消落带湿地土壤有机碳、氮的分布特征和变化特点，进而对三峡库区湿地 碳、氮的汇源效应进行初步探索。 1 2 文献综述 1 2 1 湿地研究概况 国外对湿地的研究起步较早。1 7 世纪，湿地科学的研究进入孕育阶段。早在 1 6 5 2 年，g b o a t e 学者就在他的著作中较详细地阐述了沼泽的分类【1 。1 8 世纪到 1 9 世纪为湿地科学基本理论的创立阶段。1 9 8 2 年，在印度召开的第一届国际湿地 2 第1 章绪论 会议标志着湿地科学研究进入繁盛期。之后，湿地科学的研究得到了突飞猛进地 发展，涌现出了大量的科研成果，国际上有数十部湿地科学著作和论文出版。其 中，由w j m i t s e h a n d 与j g g o s s e l i n k 合作撰写( ( w e t l a n d s ) ) 和由r o b e r t h k a d d l e 所著的( ( t r e a t m e n tw e t l a n d ) ) 体现了目前国际湿地理论研究的最高水平，对湿地 研究领域产生了深远的影响。 我国学者是在2 0 世纪6 0 年代从沼泽研究开始对湿地进行系统研究的。1 9 6 1 年，东北师范大学的柴岫和郎惠清分别撰文倡导沼泽研究。直到2 0 世纪8 0 年代 初期，我国湿地研究的主要内容仍然为沼泽研究【1 2 】。2 0 世纪8 0 年代中期，我国 科研工作者投入了大量人力财力关注湿地问题，对湿地的研究步入了一个崭新的 阶段。1 9 9 5 年，中国科学院成立湿地中心，陈宜瑜主编的中国湿地研究出版 问世，这标志着中国的湿地研究提上了议事日程【l 引。该书内容涵盖了湿地研究的 诸多方面，基本上代表了目前国内湿地研究的最高水平，是一部极其重要的关于 湿地研究的论著。 目前，湿地成为了国际上许多学者关注研究的新领域，尚未形成系统完整的研 究体系。国外对湿地的研究主要集中在滨海盐碱沼泽地和红树林方面，除此之外， 关于淡水湿地和北美北部泥炭地研究也比较多。研究内容主要包括：湿地定义、概 念、分类及湿地演变发育过程，湿地的生产力，湿地生物多样性与生态系统，湿地 资源的开发利用与保护管理，湿地土壤中微量元素的循环过程，湿地温室气体对全+ 球环境变化的影响，人类活动与湿地环境变化关系，湿地的生态功能研究，湿地生 态健康评价，退化湿地的恢复和重建等【悼1 5 】。我国学者对湿地的研究主要集中在滨 海湿地、沼泽湿地及湖泊湿地，此外就是以稻田为主的人工湿地【蜘1 8 】。主要研究内 容包括：湿地生态系统研究、湿地形成和发育研究、湿地与全球环境变化研究、湿 地遥感、地理信息系统和湿地景观生态、湿地可持续发展研究等。 1 2 2 湿地土壤的研究概况 湿地土壤作为湿地生态系统的主要环境要素之一，它对湿地的许多重要生态 功能起着非常重要的影响。湿地土壤是在水陆交替的独特生境和复杂的地球化学 共同作用下形成的，它因具有有机质含量高1 9 1 和强烈的还原环境【2 毗1 的特点而区 别于陆地土壤。湿地土壤的重要生态功能主要有：均化洪水、调节河流径流量的 功能，享有“天然水库 之称；它为湿地微生物的活动提供了场所，起到了“载 体的作用；它能够调节大气组分，既是温室气体的“源”又是温室气体的“汇 。 此外，湿地土壤还可以“净化 环境中的有毒物质，减轻或消除它们对环境的毒 害【2 3 埘】。 近些年来，人们研究湿地土壤时逐渐关注其生态环境功能，主要集中在两个 两南大学硕十毕业论文 方面：一是湿地土壤碳的研究，包括有机碳的积累过程，湿地环境变化对碳的影 响，湿地土壤对c 0 2 和c h 4 的固定和排放等问题；二是对n 、p 、k 、s 等大量元 素、微量元素和h g 、p b 等重金属元素的化学循环过程。 1 2 3 湿地土壤碳的研究概况 湿地土壤是湿地生态系统中碳的主要储存场所，固碳是湿地生态系统的一项 重要功能，湿地土壤碳的变化在湿地生态系统碳循环以及全球环境效应中起着关 键性作用【25 。目前，湿地碳循环已成为人们研究全球气候变化和碳循环时的重点 研究对象瞄引。 由于各学者对湿地的定义不尽相同因而对全球湿地面积的统计和碳储量 的计算也存在差异。据i p c c 的资料显示，全球湿地土壤的碳储存量为 3 5 0 5 3 5 g t ，占全球土壤碳储存量的2 0 2 5 t 2 7 】；f r a n z e n 2 8 1 认为全球湿地土 壤碳储量在1 2 0 2 6 0 p g 之间，b o l i n 2 9 1 认为在1 6 0 1 6 5 p g 之间，p o s t 3 0 1 等估算出 为2 0 2 4 p g ，o u s e l 3 1 j 等认为全球湿地土壤碳储量大约为4 5 0 p g ；而我国学者吕 宪国等【3 2 j 研究认为湿地土壤碳储量占全球陆地碳库总量的1 5 。因此，即便是 湿地土壤有机碳库的微小变化，都将对全球碳平衡产生重大影响。 湿地土壤通过呼吸作用排放c 0 2 、c 1 4 4 ，生长其中的植物光合作用吸收c 0 2 ， 与大气碳库紧密相连，溶解在水中的c 0 2 和可溶性有机碳随着湿地水体的流进与 流出带动着碳元素的迁移。湿地土壤有机碳和外源有机碳在土壤中的积累与分解 决定着土壤对大气c 0 2 的汇源效应，而气候变化通过影响土壤中外源有机碳的输 入和土壤有机碳的分解，直接影响土壤有机碳的蓄积和温室气体的排放。 湿地土壤由于其淹水和厌氧环境使得有机物分解缓慢，是一个巨大的天然碳 汇 。国际上关于湿地有机碳对大气温室气体的汇源效应研究已有一些相关报道。 马学慧等认为中国的三江平原是一个重要的碳汇，每年的碳存储量7 4 x 1 0 1 1 9 c 1 3 3 】。 g i l l 等对美国新罕布什尔州的s a l l i e 湿地进行了连续1 0 年( 1 9 8 9 1 9 9 8 年) 的碳交换 通量观测，结果表明除1 9 9 4 年外，s a l l i e 湿地是一个弱碳汇【圳。j o n e s 研究表明， 苔草沼泽是热带地区的重要潜在碳库之一【3 5 1 。b r i x 认为在1 0 0 年的时间尺度内相 同质量的c h 4 所引起的温室效应是c 0 2 的2 1 倍，因此在短期( 几十年内) 湿地生 态系统是温室气体的碳源，但是c h 4 的滞留时间较c 0 2 短，从长的时间尺度( 1 0 0 年) 来看，湿地生态系统的碳汇效应仍然占主导地位【3 6 1 。 由于湿地对c 0 2 和c h 4 两种温室气体都具有“源”和“汇的双重功效， 所以，要判断湿地是温室气体的“源”和“汇”，取决于湿地对c 0 2 吸收和 c h 4 的排放平衡。湿地土壤碳的循环过程比较复杂，碳的储存和排放是生物、 4 第1 章绪论 土壤、气候和人类活动之间相互作用的结果。因此，关于湿地土壤对碳的汇 源效应尚需进行长期深入的研究。 1 2 4 湿地土壤氮的研究概况 湿地土壤是湿地动植物营养物质的储存库，湿地土壤养分的形态及含量对湿 地水环境的化学组成及植物群落的演化都有重要的影响。有机质和氮、磷、钾主 要营养元素是湿地的主要组成部分，也是湿地生态系统中非常重要的生态因子， 其含量的多少直接影响着湿地生态系统的生产力【37 1 。因此，湿地生态系统营养元 素物质循环研究也成为当前湿地科学研究的热点。 氮素通常被认为是天然湿地或人工湿地( 如水田、库区消落带湿地) 土壤中的 最主要的限制性养分。湿地土壤中氮素的含量对湿地生态系统的生产力具有重要 影响【3 8 】；同时它也是引发江河、湖泊等水体发生富营养化的主要因素之一。土壤 氮素转化的原因是多方面的，其中干湿交替环境因素的变化是影响氮素转化的主 要因素【3 9 1 。除了影响土壤氮素的转化，干湿交替还对土壤氮素损失的造成影响， 主要表现在对土壤y 2 0 排放的影响f 4 0 】，这主要体现在硝化与反硝化作用和过程 中。在一定土壤水分含量范围内，硝化速率随水分含量增加而增加，当土壤水分 的增加使氧的供应受到限制时，硝化速率则开始下斛4 。土壤水分含量的多少也 会影响反硝化速率，研究表明，当土壤水分含量超过土壤充水孔隙的7 0 7 5 时， 反硝化量急剧上升，即使土壤含水量的微小变化也可引起反硝化速率的迅速增加 【4 2 1 。土壤的干湿交替使得硝化作用和反硝化作用交替进行，从而促进了n 2 0 的产 生。n 2 0 是重要的温室气体，因此土壤n 2 0 的排放对全球环境变化有着密切的关 系。近年来国内外学者对湿地土壤氮也有不少研究。国内都集中于松嫩平原、三 江平原( 别拉洪河流域、挠力河流域) 、辽河三角洲盘锦湿地、黄河下游和长江中 下游地区进行研究，而三峡库区消落带湿地的相关研究还比较少。三峡库区消落 带湿地是在人为调控下形成的“冬淹夏露”季节性干湿交替明显的人工湿地，因 此有必要对其土壤氮素情况进行研究。 1 2 5 库区消落带的研究现状 大型水库的修建为人类生产生活带来方便的同时也产生了诸多的问题，伴随着 水库水位变化而形成的库岸消落带问题就是其中之一。人工水库的修建扩大了自然 条件下河流原有的水位涨落范围，改变了流域库岸的生态环境。库区消落带是陆地 生态系统和水域生态系统之间的交错带，是水陆生态系统间的物质、能量等传输与 转换最活跃的区域，在生物地球化学大循环中具有汇源及调节器的功能。但随着 水库蓄水量和消落带淹没范围的增加，消落带生态环境问题也会越突出。 两南大学硕十毕业论文 2 0 世纪7 0 年代，美国召开了关于河岸栖息地的保护、经营和重要性的学术 研讨会，对消落带生态系统的重要性及基本理论框架进行了探讨【4 3 1 。2 0 世纪8 0 年代以来，在经济利益的驱动下，大量人类活动使得消落带的生物多样性减少、 农业非点源性污染加剧、生态环境破坏，因此，人们更加注重退化消落带的生态 系统恢复与重建以及消落带的人为管理m j 。2 0 0 1 年l1 月，日本和新西兰分别召 开了关于生态工程的国际会议，就消落带的发生机制及生态服务功能进行了探讨， 并对消落带未来的研究方法和方向做出了规划【4 5 1 。目前，国际上对消落带的研究 主要集中于消落带生态系统变化m - 4 9 1 、消落带湿地植被的恢复与重建【5 0 - 5 1 1 、消落 带土地利用及管理【5 2 5 3 1 、消落带缓冲带对氮磷的净化机制研刭5 4 1 、消落带模拟研 究【5 5 5 6 1 等方面。 2 0 世纪6 0 年代，国内随着三门峡水库、丹江口水库、