（环境科学专业论文）黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究.pdf

黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 极显著负相关关系；o l s e n p 含量与小于0 0 6 3 b t m 的土粒含量呈显著正相关关系。 芦苇、碱蓬根际土壤中的t p 含量均略高于非根际土壤，芦苇根际与非根际土壤 中的o l s e n p 含量差异不显著；碱蓬根际土壤中的o l s e n p 含量显著高于非根际。 芦苇、碱蓬对磷素的累积量与其根际土壤中的磷素含量具有弱的负相关关系。芦 苇、碱蓬根际土壤中的微生物活性与o l s e n p 含量均表现出极显著的正相关关系。 黄河口湿地剖面土壤有机碳、全磷、有效磷储量特征：黄河口自然湿地不同 采样剖面0 - 6 0 c m 土壤平均有机碳储量变化范围为2 0 8 1 2 3 4 k g m 3 ，0 1 0 c m 表层 土壤中的有机碳储量最高，各采样剖面不同土层土壤有机碳储量均以1 0 月份最 高。0 - 6 0 c m 土壤平均全磷储量变化范围为0 6 7 1 0 2 k g m 3 ，各采样剖面土壤全磷 储量无明显的垂直及季节差异。0 - 6 0 c m 土壤平均有效磷储量变化范围为 0 2 7 10 4 8 9 m 3 ，垂直及季节变化明显。 综上所述，黄河口自然湿地土壤中t o c 含量较低，时空分布差异较大，主要 受植被根际效应的影响；溶解性碳素d t c 、d o c 、d i c 的时空分布动态变化小于 t o c ，主要受土壤性质的影响，植被及微生物活动的影响均不十分明显。而黄河 口自然湿地土壤中t p 含量相对丰富，时空分布差异较小，主要受湿地土壤理化 性质的影响；o l s e n p 含量很低，时空分布差异较大，主要受植被和微生物活动 的影响，磷素分布是与黄河口湿地土壤母质的一致性以及植被状况的差异性相适 应的。 关键字：黄河口湿地；土壤碳素；土壤磷素；分布特征；影响因素；有机碳储量； 磷储量 2 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 s t u d yo nd i s t r i b u t i o na n di n f l u e n c ef a c t o r so fs o i l c a r b o na n dp h o s p h o r u si ny e l l o wr i v e r e s t u a r yw e t l a n d a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , f o u rf i e l d i n v e s t i g a t i o n sa n di n 1 a bs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sw e r e c a r r i e do u tr e s p e c t i v e l yi no c t o b e r2 0 0 8 ，m a ya n d a u g u s t2 0 0 9 ，a u g u s t2 010i nt h e w e t l a n d so fy e l l o wr i v e re s t u a r y t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o np a t t e ma n ds e a s o n a lc h a n g e c h a r a c t e r i s t i c so fc a r b o na n dp h o s p h o r u si nt h es o i lo fy e l l o wr i v e re s t u a r yw e t l a n d w e r es t u d i e d ，a n dt h ef a c t o r so fs o i l p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s ，v e g e t a t i o n d i s t r i b u t i o na n dm i c r o b i a la c t i v i t yt h a ti n f l u e n c e do nt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s a n ds e a s o n a lv a r i a t i o n so fc a r b o na n dp h o s p h o r u si ns o i lw e r ea n a l y z e d t h e r e s e r v e s o fo r g a n i cc a r b o na n dp h o s p h o r u si nt h i sf i e l dw e r ee s t i m a t e d t h es t u d yr e v e a l e dt h e s p a t i a la n dt e m p o r a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc a r b o na n dp h o s p h o r u si nt h ey e l l o w r i v e rf r e s h w a t e rw e t l a n ds o i l ，a n dp r o v i d e dt h er e f e r e n c ef o rf u r t h e re v a l u a t ea n d p r o t e c tt h ey e l l o wr i v e re s t u a r yw e t l a n de c o s y s t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： t h es p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o np a t t e mo fs o i lc a r b o ni ny e l l o wr i v e r e s t u a r yw e t l a n d ：c a r b o nc o n t e n t si ns u r f a c es o i lo fa g r i c u l t u r ea r e aw e r el o w e rt h a n t h o s eo fn a t u r a l w e t l a n d s ，t h eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a lv a r i a t i o n so fs o i lc a r b o n c o n t e n t sw e r er e l a t i v e l ys i g n i f i c a n t ，i nt h eh o r i z o n t a ld i r e c t i o n ，t h ec o n t e n t so ft o c ， d t c ，d o ca n dd i cw e r e1 1 2 - 1 8 2 4 m g g ，4 0 2 4 - 2 4 8 2 4 m g k g ，6 4 1 - 1 5 1 6 4 m g k g a n d3 3 8 3 - 2 0 0 1 6 m g k gr e s p e c t i v e l y , d i cw a st h em a i nf o r mo fd i s s o l v e dc a r b o n w h i c ha c c o u n tf o ra b o u t7 2 o fd t cc o n t e n t d o cc o n t e n tw a sl o wa n da c c o u n t e d f o ra b o u t1 2 3 o ft o cc o n t e n t ，t o cc o n t e n ti nt h es u r f a c es o i lo fn a t u r a lw e t l a n d s w a sa tl e v e li i io re v e nb l o w i nt h ev e r t i c a ld i r e c t i o n ，t h ec o n t e n t so ft o c d t c ， d o ca n dd i cg r a d u a l l yr e d u c e dw i t hs o i ld e p t hi na l ls a m p l i n gp r o f i l e s t h ec a r b o n c o n t e n t si no 一10 c mw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a tb e l o w10 c m h o r i z o n t a la n d v e r t i c a ls e a s o n a ld y n a m i cv a r i a t i o na m p l i t u d eo fc a r b o nc o n t e n tw a sg r e a t e r ，a n d s e a s o n a ld y n a m i cv a r i a t i o ni nt o cc o n t e n tw a sg r e a t e s tw i t hv a r i a t i o nc o e f f i c i e n t b e i n g7 4 5 7 a n d8 7 7 9 t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fc a r b o nd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c si ns o i lw e r es o i l p r o p e r t i e s a n dv e g e t a t i o n ：t o cc o n t e n t si ns u r f a c es o i le x h i b i t e dan e g a t i v e c o r r e l a t i o nw i t hp ha n dap o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ht na n dt pc o n t e n t s ，d e s o l v e d c a r b o nc o n t e n t se x h i b i t e dan e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t hb u l kd e n s i t ya n dap o s i t i v e c o r r e l a t i o nw i t ht na n dt pc o n t e n t s ；t o cc o n t e n ti nr e e dr h i z o s p h e r ew e r eh i g h e r 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 t h a nt h a ti nn o n - r h i z o s p h e r e ，w h i l ed i s s o l v e dc a r b o nw e r ei n s i g n i f i c a n t ；t o c ，d t c ， d o c ，d i cc o n t e n ti ns a l s a r h i z o s p h e r e w e r em u c h h i g h e r t h a nt h a t i n n o n r h i z o s p h e r e t h es p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o np a t t e mo fs o i lp h o s p h o r u si ny e l l o w r i v e r e s t u a r yw e t l a n d ：p h o s p h o r u sc o n t e n t si ns u r f a c es o i lo fa g r i c u l t u r ea r e aw e r eh i g h e r t h a nt h o s eo fn a t u r a lw e t l a n d s ，h o r i z o n t a la n d v e r t i c a lv a r i a t i o n so ft pc o n t e n t sw e r e r e l a t i v e l yi n s i g n i f i c a n t ，w h i c hw e r e4 2 9 1 9 - 6 9 3 3 0 m g k ga n d4 0 8 5 5 6 6 3 0 3 m g k g ， w h i l et h o s eo fo l s e n - pc o n t e n t s w e r e r e l a t i v e l ys i g n i f i c a n t ，w h i c hw e r e 0 2 7 13 4 8 m g k ga n d0 0 8 - 9 5 7 m g k gr e s p e c t i v e l y o l s e n p c o n t e n tw a sv e r yi o w a n da c c o u n t e df o ra b o u to 9 3 o ft pc o n t e n t ，o l s e n pc o n t e n ti nt h es u r f a c e s o i lo f n a t u r a lw e t l a n d sw a sa tl e v e l v o re v e nb l o w h o r i z o n t a la n dv e r t i c a ls e a s o n a l d y n a m i cv a r i a t i o na m p l i t u d eo ft pc o n t e n tw a sm i n o r ，w i t hv a r i a t i o nc o e f j i c i e n t b e i n g5 8 0 a n d1 15 r e s p e c t i v e l y s e a s o n a ld y n a m i cv a r i a t i o ni n0 1 s e n - pc o n t e n t w a ss i g n i f i c a n t l y g r e a t e rt h a nt h a to ft pc o n t e n t ，w i t hv a r i a t i o nc o e m c i e n tb e i n g 2 9 2 1 a n d3 】0 9 t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fp h o s p h o r u sd i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c si ns o i lw e r e s o i lp r o p e r t i e s ，v e g e t a t i o na n d m i c r o o r g a n i s m ：t pc o n t e n t si ns u r f a c es o i le x h i b i t e da s i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t hi t sc l a ya n ds i l tc o n t e n t ，t o t a ln i t r o g e n ，o r g a n i c c a r b o nc o n t e n t ，a n das i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t h b u l k d e n s i t y ：0 1 s e n p c o n t e n te x h i b i t sas i g n i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t h c l a ya n ds i l tc o n t e n t t p c o n t e n ti nt h et w o v e g e t a t i o nr h i z o s p h e r ew e r e s l i g h t l yh i g h e rt h a nt h a ti n n o n 。r h i z o s p h e r e o l s e n - pc o n t e n t si ns a l s ar h i z o s p h e r ew e r em u c h h i g h e rt h a nt h a ti n n o n r h i z o s p h e r e ， w h i l et h o s ew e r e i n s i g n i f i c a n t i nr e e d r h i z o s p h e r ea n d n o n 。r h i z o s p h e r e a c c u m u l a t i o no fp h o s p h o r u si nr e e d a n ds a l s a e x h i b i t e da n 1 n s i g n i f i c a n tn e g a t i v er e l a t i o n s h i pw i t hp h o s p h o r u sc o n t e n ti nt h er h i z o s p h e r e t h e m i c r o b i a la c t i v i t yi nr e e da n ds a l s ar h i z o s p h e r ee x h i b i t e d as i g n i f i c a n tp o s i t i v e c o r r e l a t i o nw i t h0 l s e n pc o n t e n t 1 h er e s e r v e so fo r g a n i cc a r b o n ，t o t a lp h o s p h o r u sa n de f f e c t i v ep h o s p h o r u si n p r o f i l es o i lo fy e l l o wr i v e re s t u a r yw e t l a n d ：t h er e s e r v e so fo r g a n i cc a r b o nw e r e 2 0 8 1 2 3 4 k g m 3i n0 - 6 0 c mp r o f i l es o i l ，t h eo r g a n i cc a r b o nr e s e n ，e si no 1 0 c mw a s t h eh i g h e s t ，a n di no c t o b e rw e r em u c h h i g h e rt h a nt h o s ei nm a ya n da u g u s t ；t h et o t a l p h o s p h o r u sr e s e r v e sw e r eo 6 7 1 0 2 k g m 3i n0 - 6 0 c mp r o f i l es o i l ，i t sv e r t i c a l a n d s e a s o n a lv a r i a t i o nw e r en o to b v i o u s l y ；w h i l et h e v e r t i c a la n ds e a s o n a lv a r i a t i o no f e t t e c t l v e p h o s p h o r u sr e s e r v e sw e r es i g n i f i c a n t l yw h i c hw e r e0 2 7 10 4 8 9 m 3 i n 4 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 0 。6 0 c mp r o f i l es o i l t os u mu p ，t o cc o n t e n ti ns o i lo fy e l l o wr i v e re s m a 巧n a t u r a lw e t l a n dw a s l o w e r ，a n dt h es p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o np a t t e r nw a sr e l a t i v e l ys i g n i f i c a n tt h a t m a i n l ya f f e c t e db yt h ev e g e t a t i o nr h i z o s p h e r ee f f e c t ，t h et e m p o r a la n ds p a t i a ld y n a m i c c h a n g e so fd i s s o l v e dc a r b o nc o n t e n t sw e r el e s st h a nt o ct h a tm a i n l ya f f e c t e db ys o i l p r o p e r t i e s ，v e g e t a t i o na n dm i c r o b i a la c t i v i t yw e r en o ts i g n i f i c a n t l y t pc o n t e n ti ns o i l o fy e l l o wr i v e re s t u a r yn a t u r a lw e t l a n dw a s r i c h ，i t ss p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o n p a t t e r nw a sr e l a t i v e l yi n s i g n i f i c a n tt h a tm a i n l ya f f e c t e db yt h es o i lp h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e s ；w h i l eo l s e n pc o n t e n tw a sl o w e ra n di t ss p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o n p a t t e mw a ss i g n i f i c a n tt h a tm a i n l ya f f e c t e db yt h ev e g e t a t i o na n dt h em i c r o b i a l a c t i v i t y t h ed i s t r i b u t i o no fp h o s p h o r u si ny e l l o wr i v e re s t u a r yw e t l a n dw a sc o p e d w i t ht h ec o n s i s t e n c yo fs o i lp a r e n tm a t e r i a la n dt h ed i v e r s i t yo f v e g e t a t i o n k e y w o r d s ：y e l l o wr i v e re s t u a r yw e t l a n d ；s o i lc a r b o n ；s o i lp h o s p h o r u s ；d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ；i n f l u e n c ef a c t o r s ；r e s e r v e so fo r g a n i cc a r b o n ；r e s e r v e so f p h o s p h o r u s 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 1 绪论 1 1 研究目的及意义 湿地是陆地和水体之间相互作用形成的独特生态系统，其独特多样的生物条 件及水文条件显著影响着生物地球化学过程，这些过程不仅改变了物质的化学组 成，而且使它们在湿地内发生空间位移以及生物地球化学转化【l ，2 】，同时这些过 程反过来又决定了湿地的生产力水平。湿地独特的生境及生物地球化学过程孕育 了特殊的土壤类型。湿地土壤以全年或部分时间淹水为特征，其产生的还原条件 对几种生物化学转化过程有显著的影响，1 9 9 8 年美国农业部自然资源保护行政 部门将湿地土壤定义为“生长季期间在不排水的条件下，长期处于饱和、淹水或 池塘化的土壤，形成了一种有利于水生植被生长和繁殖的还原环境”，因此它常 被称为“水成土”。湿地土壤作为构成湿地生态系统的重要环境因子之一，既是许 多生物地球化学转化发生的场所，又是许多湿地植物所需的有效化学物质元素的 主要储存地【l ，2 】。在湿地特殊的水文条件和植被条件下，湿地土壤有机质含量高， 还原环境强烈，其特征明显区别于陆地土壤，对湿地生态系统平衡的维持和演替 具有极其重要的作用。 随着近几十年来全球气候和环境变化的加剧，湿地生态系统碳素的生物地球 化学转化研究已成为全球碳循环和气候变化研究计划的重要组成部分u ，4 j 。由于 湿地土壤水分多、通气性差的还原环境，通过好氧呼吸进行的有机物质的生物降 解受到抑制，使得大量有机物以泥炭或块状腐殖质形式积蓄起来，从而大量碳被 固定于湿地系统中，造成碳循环速度下降或停滞。湿地土壤作为湿地生态系统碳 素的主要储存场所，土壤中的有机碳( t o t a lo r g a n i cc a r b o n ，t o c ) 不仅是湿地 生态系统中极其重要的生态因子，其含量多少显著影响湿地生态系统的生产力， 而且它也是气候变化的敏感指示因子，能够指示湿地对气候变化的响应【5 ，6 7 ，引。 同时它也在全球碳循环过程中起着极其重要的作用，其积累和分解直接影响到全 球碳平衡，对全球变化敏感，较小的变幅就能导致大气c 0 2 浓度的较大波动， 进而可加剧或减缓全球变暖的趋势【9 1 。土壤中溶解性碳素( 包括溶解有机碳， d i s s o l v e do r g a n i cc a r b o n ，d o c 和溶解无机碳，d i s s o l v e di n o r g a n i cc a r b o n ，d i c ) 是土壤系统中最活跃的部分，具有很强的可移动性，能够随水分子淋溶迁移。溶 解有机碳( d o c ) 作为土壤有机碳最活跃的组成部分，对于调节土壤阳离子淋洗， 矿物风化、土壤微生物活动以及其他土壤化学、物理和生物学过程具有重要意义 1 0 1 ，湿地土壤中d o c 的产生、迁移与转化对湿地碳通量具有重要影响，并且对 土壤诸多地下碳过程影响显著，湿地独特的水土作用体系也决定了湿地d o c 的 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 输出在陆地碳素区域性再分配的重要地位【1 1 】。d o c 能直接或经过转化后被植物 和微生物体吸收利用，在微生物生化循环中起着关键作用，对生态系统土壤养分 的有效性和流动性有直接影g 向 6 , 1 2 , 1 3 , 1 4 】，同时，土壤d o c 的淋溶是土壤有机碳损 失的重要途径，代表了有机碳的降解潜力，成为表征有机碳有效性和土壤质量演 变的敏感指标【1 5 , 1 6 1 ，从而作为一项环境指标对研究碳循环和环境有重要意义【1 7 】。 湿地土壤中的溶解无机碳( d i c ) 是反映土壤风化作用的重要参数，其主要组成 成分h c 0 3 。、c 0 3 、c 0 2 和h 2 c 0 3 之间通过一系列热力学平衡构成的c 0 2 体系， 在缓冲p h 值、指示生态系统光合作用与呼吸作用方面具有重要意义【i 引，同时土 壤d i c 含量及其碳同位素的变化可以反映碳的地球化学行为和生物地球化学循 环过程，其含量往往要比溶解有机碳含量高得多，但现今对土壤d i c 的研究很 少 1 9 , 2 0 1 。 磷素作为河口海岸盐沼湿地土壤中重要的生源要素之一，是湿地生态系统中 一种重要的限制性养分，是决定湿地生产力、结构、功能的关键要素【2 。陆地生 态系统的一部分磷随水进入江河、湖泊、沼泽等湿地生态系统，被湿地浮游植物 所吸收。植物体内的有机磷酸盐通过各级食物链，最后被微生物分解为无机磷酸 盐，再次被植物吸收利用，这便构成了磷的湿地生物小循环。因此，湿地土壤中 磷素( t o t a lp h o s p h o r u s ，t p ) 含量的多少及存在形态影响着湿地生态系统中水 陆生物界面物质和能量的交换过程 2 2 1 ，对湿地水分地球化学特征、湿地植物的 类型和生长以及湿地动物的繁衍产生直接的影响，进而影响到湿地生态系统的生 产力和稳定性，但是由于磷化学性质相对稳定，因此也是土壤中经常缺乏的元素 之一。土壤有效磷( e f f e c t i v ep h o s p h o r u s ，o l s e n p ) 也称速效磷，是土壤中能够 被植物直接利用吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷， 有的土壤中还包括某些沉淀态磷。在化学上，有效磷定义为能与3 2 p 进行同位素 交换的或容易被某些化学试剂提取的磷及土壤溶液中的磷酸盐。土壤中有效磷含 量与全磷含量之问虽不是直线相关，但是当土壤全磷含量低于0 0 3 时，土壤往 往表现缺少有效磷，因此有效磷含量多少是表征土壤磷素养分供应水平高低的重 要指标 2 3 , 2 4 , 2 5 】。 黄河口湿地位于山东省东营市黄河入海口处，北临渤海，东靠莱州湾，介于 东北亚内陆和江淮平原之问，是我国暖温带最年轻、最广阔、保存最完整、面积 最大的湿地生态系统，拥有典型的河口和滨海湿地生态系统以及丰富的生物资 源，是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙的重要中转站、越冬栖息和繁殖地。黄 河口湿地典型性强，生境类型独特，土壤形成时间相对较短，滨海地区土壤以盐 化潮土和滨海盐土为主。近年来，受湿地淡水输入量的减少，农业生产活动的加 剧，油田的大规模开发等自然和人为因素的影响，黄河口湿地出现不同程度的退 2 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 化，湿地生态系统受到严重干扰，土壤盐碱化加重，湿地生物多样性显著降低， 导致黄河口湿地生态系统结构和功能的衰退。因此，研究黄河口湿地土壤碳、磷 元素的动态分布和影响因素，对黄河口湿地生态系统的保护和利用以及黄河口湿 地的退化防治具有重要的理论意义和实践价值。 1 2 河口湿地土壤碳素的研究进展 河口湿地位于河流入海的三角洲地区，河口所在区域的自然因素，如地质、 地貌、气候、水文、植被、土壤等和人为因素共同影响着河口湿地的形成及湿地 的景观格局，演变机制复杂【2 创。河口湿地生境类型及生物多样性丰富，物理化学 及水文条件独特，其生态系统的结构和功能复杂且敏感脆弱，并随着物理、化学、 生物和地质过程及自身组成成分的变化而产生变化，是生产力最高的生态系统之 一。河口湿地环境中的各种营养元素不断进行着物质迁移、能量流动的生物地球 化学循环，影响着湿地的生产过程。其中，植物结构性元素碳和限制性元素氮、 磷相互作用，共同调节着植物的生长，决定着河口湿地生态系统的结构、功能及 生产力，并促使着河口湿地种群、群落、生态系统乃至整个景观格局的动态变化。 全球河口湿地分布广泛，具有很高的固碳能力( 约为4 2 6 t gc a 1 ) ，其碳过 程是河口湿地生态系统产量的基础，也是大气中温室气体浓度的直接影响因素， 对温室效应的抑制作用十分明显【2 。刀，这是由于河口湿地的土壤累积速率高且甲烷 释放量低，能有效减缓全球变暖。近年来，随着人类活动影响的加剧，河口湿地 面积以每年1 的速率消失，同时河口湿地作为最先面临海平面上升的生态系统， 认识气候变化背景下河口湿地生态系统中碳的来源、转化、迁移及其影响因子对 河口乃至整个海洋具有重要意义 2 8 1 ，河口湿地碳素生物地球化学循环在全球碳循 环中的作用越来越受到政府及学者们的重视。河口湿地土壤碳素的研究成果主要 包括以下几方面： 1 2 1 河口湿地碳素的生物地球化学循环过程和特点 大气中的c 0 2 通过植物光合作用的固定进入河口湿地生态系统，同时植物 将其所固定的部分碳以凋落物、分泌物或食物的形式在生态系统内部传递，进而 被其他生物体利用或分解，最终以c 0 2 ，c h 4 等形式释放出去或储存于植物体和 其他生物体中，部分碳以枯落物的形式逐步补偿给土壤，储存于土壤中，形成了 河口湿地生态系统“大气一植被一土壤系统”的连续体。同时由于潮汐作用的存 在，河口湿地水平方向上也存在着碳素的转移，形成从陆地到海洋的碳素横向输 送模式，维系着河v i 湿地与近海之间的碳交换。河口湿地生态系统碳素循环过程 如图1 1 所示。 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 c 0 2 f 一一一一一一一r 二一一一一一一一一 j植物光合作用 ；碳输入输出 卜_ 。 ：如潮汐输送 图1 1 河口湿地生态系统碳素循环过程( 虚线代表河口湿地生态系统，修改自郭海强，2 0 1 0 ) f i g 1 1p r o g r e s so f c a r b o nc y c l ei ne s t u a r i n ew e t l a n de c o s y s t e m ( t h el a r g eb o xr e p r e s e n t st h ee c o s y s t e m ，m o d i f i e df r o mg u oh a i q i a n g ，2 010 ) 河口湿地生态系统中的碳素主要存在以下几种形态：颗粒态碳、溶解态碳以 及气态碳。生态系统中绿色植被的光合器官通过利用太阳能，发生光合作用，把 大气中的c 0 2 转换成碳水化合物，碳素在生态系统中的循环过程由此开始，然 后通过自养呼吸、光合产物分配和死亡凋落过程，把碳素分别输送到大气、植物 支持器官碳库、凋落物碳库和土壤有机碳库中，最终部分碳素通过土壤呼吸形成 气态碳排放到大气中。河口湿地生态系统具有完整的营养级结构、能量流动和物 质循环链条，其碳循环涉及到物理化学过程、生物过程及分解过程( 主要为生 物分解) ，主要发生在湿地土壤一水界面及土壤中，其主要的迁移转化过程包括 以下方面： ( 1 ) 植物凋落物在土壤中的矿化分解 当植物死亡凋落后，植物体中的部分有机质在微生物的作用下分解产生c 0 2 释放到大气中，而大部分有机质则转移到土壤中，因此，湿地植物根茎叶等凋落 物是碳素进入土壤的主要形式，同时由于受到环境因素的限制，河口湿地生态系 统中植物凋落物的分解、转化速度较慢，有机质不完全分解，通常导致湿地土壤 碳的积累。有研究表明，相当一部分有机质的矿化分解过程发生在土壤水界面， 而微生物活性是影响有机质矿化降解的主要因素，外界环境一般都是通过影响微 生物活性来影响土壤中有机质的形态、含量和分布。这是由于土壤表面微生物活 动活跃，加速了土壤有机质的生物利用率和生物降解率，有机质被快速利用降解， 从而产生重要的无机营养元素。此外，土壤中的有机质由于受到径流及海洋的双 4 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 重影响，土壤氧化一还原环境交替，更有利于土壤有机质的矿化分解；同时在涨 落潮的作用下，河口湿地土壤中的有机质被频繁的往返搬运，从而在一定程度上 影响了河口湿地土壤中碳素的分布。 周俊丽( 2 0 0 5 ) 2 9 j 通过对长江口湿地生态系统中有机质的生物地球化学循环 过程，即对湿地中有机质的来源、分布、影响因素及矿化降解进行研究，研究发 现，长江口湿地表层土壤中的有机质主要来源于长江悬浮颗粒物，而植物的贡献 较小；有机质的分布特征是由土壤粒度的组成差异引起的。葛振铭( 2 0 1 0 ) 【2 7 j 等为了揭示长江河口湿地生态系统碳库的动态特征及湿地碳平衡的主导控制因 子，以崇明东滩为碳循环观测和实验模拟对象，植被系统作为碳循环过程的主体 部分，结果表明，气温和大气c 0 2 的升高影响了湿地生态系统光合作用与分解 作用的平衡过程，水位和土壤条件控制了碳素的固定和流动。 ( 2 ) 土壤呼吸作用 河口湿地土壤碳素输出的重要方式就是通过土壤呼吸形成气态碳排放到大 气中，而c 0 2 作为碳素主要的气体形态，是影响碳素生物地球化学循环过程的 主要因素。土壤呼吸作用和土壤有机质的矿化分解是同时发生的互相密切相关的 一对过程。受外界环境及自身条件的影响，土壤有机质的矿化程度不同，土壤所 释放的c 0 2 量不同，土壤呼吸通量是植物根系与土壤微生物活性等的综合反映， 通常情况下上层土壤的c 0 2 的生成量高于底层土壤。同时，土壤呼吸随着季节 变化有显著差异，因此在湿地土壤呼吸的研究过程中，也应对各种环境要素的变 化进行观测。 杨红霞( 2 0 0 6 ) 3 0 】对长江口滨岸湿地的c 0 2 的排放和吸收进行了研究，揭 示了不同季节湿地c 0 2 的交换通量和变化特征，并探讨了c 0 2 排放和吸收的影 响因子。结果表明，长江口盐沼带在夏季有机碳含量最低，碳通量最高，秋冬季 有机碳含量较高，碳通量急剧减少，季节变化明显；同时还发现，土壤碳通量与 土壤有机碳含量之间不存在任何相关关系，土壤温度及植被生长是影响土壤碳通 量的重要因素。郭海强( 2 0 1 0 ) 2 8 】对长江口湿地碳通量进行了研究，结果表明， 崇明东滩河口湿地作为碳汇，其固碳强度为5 6 2 8 3 4 9cm 也y r ，高于已报道的 其他类型湿地；同时生态系统总初级生产力、生态系统呼吸及c 0 2 净交换量表 现出明显的季节和年际动态；还发现潮汐作用可以通过水淹直接对土壤呼吸产生 抑制来影响湿地的净碳交换量，其影响也呈现出季节性变化。 1 2 2 河口湿地碳素循环的生态环境效应 湿地生产力及氧化还原能力高，成为极其重要的生物地球化学循环过程的场 所，湿地在长期或短期淹水情况下，其厌氧环境抑制了凋落物的分解，造成了有 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 机质的积累，从而成为抑制大气c 0 2 浓度升高的碳汇。河口湿地作为生产力最 高的生态系统之一，全球河1 5 1 湿地贮存了至少5 4 3 0 x 1 0 1 2 9 碳，因此河口湿地碳 素的分布、迁移及转化等循环过程是湿地生态系统结构和功能研究的重要内容， 也是全球碳素生物地球化学循环过程研究的重要组成部分。同时河口湿地作为距 离海洋最近的生态系统，与近海生态系统发生的碳交换对维持近海生态系统的功 能非常重要，在潮汐作用下，通过潮水对河口湿地有机质的输出是近海鱼类、浮 游生物的重要食物来源，从而影响着近海生态系统的生物多样性及食物链组成。 1 3 河口湿地土壤磷素的研究进展 磷素是海洋生态系统植被及浮游生物生长的主要限制性元素之一，磷素的过 量输入会引起海洋的富营养化，从而会导致近海缺氧区域范围的扩大、滨海湿地 生境退化等。河口湿地作为海洋、陆地生态系统之间重要的污染物屏障，对维护 生态平衡及环境净化具有重要的生态功能。河口湿地磷素的研究成果主要有： 1 3 1 河口湿地磷素循环的过程和特点 磷素循环是指磷素通过空气沉降、地表径流、岩石风化等途径输入河口湿地 生态系统后，在湿地系统内部植物一土壤之间、各营养级生物之间、生物体内和 土壤内部的迁移转化，最终通过地面径流、风蚀、淋溶等途径输出。河口湿地磷 素的循环过程如图1 2 。 ：一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一。一一一一一一一一一。一一一一。一一一一一1 大气沉降4 颗粒李磷 i ；风l 化风蚀 i1 l ： i溶解基磷 旦垡 ，植物中磷i 土壤风化4 地面径流 ： 潮汐输入p 残体 转上化： 图1 - 2 河口湿地生态系统磷素循环过程 ( 虚线代表河口湿地生态系统，修改自赵琼，2 0 0 5 3 1 1 ；丁峰元，2 0 0 3 t 3 2 1 ) f i g 1 2p r o g r e s so fp h o s p h o r u sc y c l ei ne s t u a r i n ew e l a n de c o s y s t e m ( t h el a r g eb o xr e p r e s e n t st h ee c o s y s t e m ，m o d i f i e df r o mz h a oq i o n g ，2 0 0 5 ；d i n gf e n g y u a n ，2 0 0 3 ) 磷素的生物地球化学循环属于沉积型循环，由于土壤中磷素的难溶性及难移 6 也 磷 ，1 、 态甜缈 砂 有 黄河口湿地土壤碳、磷的分布特征及影响因素研究 动性，参与生物地球化学循环的磷只占全磷的很小部分，从而导致生态系统中磷 素的流失量很低，周转时间长。磷素在湿地沉积物中主要有三种存在形态：有机 磷化物、难溶性磷化物以及可溶性磷化物。其中溶解态和难溶态磷化物以无机和 有机形式存在，无机形式包