湿地土壤（精选10篇）
湿地土壤 篇1
1 立题的研究意义
湿地是被间歇的或永久的浅水层所覆盖的土地, 湿地土壤中养分的含量、分布规律、循环特点等促使了湿地生态系统具备了其他陆地生态系统所不具备的独特功能。湿地土壤中两大重要的组成部分分别为土壤有机质和总氮, 湿地的生态因子是湿地生态系统生产力的极大影响因素。土壤有机质是显示气候变化的一个重要指标。土壤有机碳含量和组成不仅表明营养元素氮、磷等的可利用状态, 而且还能够说明土壤有机质的水平, 同时还作用着土壤的物理特性[1], 是显示土壤质量或土壤健康的一个重要指标[2]。湿地的特殊性质使其与其它生态系统有所不同因此, 研究湿地土壤有机碳含量的垂直分布特征, 能够让我们更加了解湿地的生态功能[3]。硫是湿地土壤中第四位重要营养元素, 它对维持生态系统的健康发展有着重要意义, 在植物生长发育过程中它参与光合作用、呼吸作用和蛋白质、氨基酸的合成等。植物系统中, 如果缺少硫就会导致代谢紊乱、生长发育受阻甚至死亡[4]。因此研究湿地土壤中的营养元素具有非常重要的意义。
2 材料及研究方法
2.1 样品的采集
样品的采集按照“典型性、代表性、一致性”的原则, 选择泥炭沼泽土作为研究对象。按土壤发生层分 (草根层、泥炭层、腐泥层和潜育层) 分别采集样品, 草根层采用采样刀直接割取, 每层样品大约采集2.5kg。按照10cm的间距现场切割后装入提前准备好的干净自封袋中。样品烘干后, 用研钵磨碎然后过80目筛。样品用塑料袋盛装, 再套上布袋, 用标签注明土壤层位、采样地点、采样时间和编号等。
该土壤的剖面特征为:草根层:0 cm~10 cm, 土壤为黑色, 土壤表层约有25 cm积水, 其中有大量植物活根和凋落物, 其分解能力差;泥炭层:10 cm~40 cm, 土壤为棕褐色, 水的含量较高, 分解能力较好。
2.2 湿地土壤养分的方法分析
1) 土壤全磷测定的待测液制备, 一般分为碱熔法和酸熔法两种。在碱熔法中有碳酸钠熔融或氢氧化钠熔融两种:碳酸钠熔融分解最为完全, 准确度比较高, 可以作为仲裁方法, 但熔融时需要铂金坩埚, 因此, 不适宜用于常规分析。氢氧化钠熔融法可用银坩埚代替铂金坩埚, 分解也比较完全, 待测定液中可同时测定全硫, 操作较为方便, 适用于一般实验室采用。酸熔法中以硫酸-高氯酸法较好, 此法对钙质土壤分解率较高, 但对酸性土壤分解不易十分完全, 结果往往偏低;
2) 土壤中的总氮通常采用凯氏消煮法, 由于原有的凯氏消煮时间长, 百多年来, 科学工作者对此进行了很多改进, 有加入重铬酸钾等强氧化剂来缩短消煮时间的, 但重铬酸钾一次不能加入太多, 需等稍冷后再次或多次加入, 反而费时麻烦, 且强氧化剂在高温条件下易引起铵的氧化损失, 使测定结果不稳定。采用硫酸钾-硫酸铜为加速剂的消煮法, 消煮时间仍较长, 但只要控制好加速剂用量, 不易导致氮素流失, 消化程度容易掌握, 测定结果稳定, 准确度较高。本方法测得的氮不包括硝态氮。亚硝态氮, 一般土壤中硝态氮含量不超过全氮的1%, 故可以忽略不计;
3) 土壤硝态氮的测定, 要求制备得澄清无色, 不含或少含干扰物质的待测液, 酚二磺酸比色法, 操作手续虽然较长, 但具有较高的灵敏度, 土壤中的亚硝态氮在1mg/kg和氨离子在15mg/kg一下, 对测定结果没有影响。测定结果重现性好, 准确性高, 待测液中硝态氮的测定范围为0.1mg/kg~2.0mg/kg。注:样品经风干或烘干后易引起硝态氮变化, 故只能用新鲜土壤测定;
4) 土壤有机质测定的方法有很多, 有重量法、容量法和比色法等。重量法又可分为干烧法和湿烧法两种, 重量法的测定虽然比较准确, 但手续繁长, 并却还要有较高的分析技术和特殊的仪器设备, 也不适用于含有碳酸盐的土壤。碱溶比色法测定土壤有机质的依据是因为土壤有机质的分子结构中含有生色基团, 这个方法的准确度较低。本标准采用的是容量分析法, 所用的氧化剂为重铬酸钾, 重铬酸钾法的优点是:可以获得相当准确的分析结果又不需要特殊的仪器设备, 操作过程比较简便, 并却不受土样中碳酸盐的干扰。
3 结果分析
3.1 土壤养分剖面特征及分析
营养物质的垂直分布规律
从图1可以看出, 剖面全磷的含量随深度向下逐渐降低。
1) 碳、氮、硫、磷的含量均随着土壤深度的增加而下降;
2) 土壤碳、氮含量的变化与土壤深度的变化具有一致性;
3) 碳、氮的含量明显高于硫、磷的含量。
3.2 泥炭中氮、磷含量与有机质含量的关系
碳、氮、磷均是植物生长所必需的大量营养元素, 在生态系统中, 这三者的含量、形态及其相互关系对于植物的生长发育起着决定性的作用。三江平原泥炭中氮、磷含量与有机质的关系见表2。
分析结果表明:这两个类型泥炭地的TN含量与有机质含量具有正相关性, 相关系数分别为0.953和0.944, 说明在泥炭中氮主要是以有机氮的形态存在的。这主要是因为植物残体在分解过程中, 所产生的铵态氮和硝态氮容易被植物吸收, 另外, 泥炭中有机质的含量越高, 植物对无机氮的吸附能力越强。
这两个类型泥炭地中全磷的含量与有机质含量的关系不是很明显, 磷在泥炭中主要是以无机形态存在, 这主要是因为泥炭中的磷大部分都来源于外部环境。磷的活性比较差, 因此磷主要是以无机形态保留在泥炭中。
4 结论
1) 在不同沉积层中, 草根层中的总磷含量最高, 泥炭上层中的总氮和有机质含量最高, 随着深度的增加其他营养物质含量逐渐降低;
2) 在三江平原泥炭地中, 在0cm~18cm层中全磷的含量比较高, 在18cm~50 cm层中全氮和有机质的含量最高;
3) 泥炭地中全氮的含量与有机质含量呈正比, 全磷含量与有机质含量的关系不是很明显;
4) 碳、氮的含量明显高于硫、磷的含量。
湿地土壤中营养元素的空间分异, 直接影响湿地的生态过程, 同时湿地的生态过程也决定着湿地土壤营养元素的空间分异。通过对湿地土壤养分剖面分析, 了解湿地的营养状况, 为今后合理利用, 保护和开发湿地提供坚实的理论指导。
参考文献
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[4]何琏.中国三江平原[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 2000.
湿地土壤 篇2
摘要：湿地作为一种重要而独特的生态系统,在全球变化过程中起着重要作用,是温室气体重要的.源、汇和转换器.近年来,湿地垦殖、氮沉降等造成湿地退化、萎缩,湿地功能也因此遭到破坏,这必然会引起湿地温室气体排放的变化.N2O作为备受关注的温室气体之一,许多国内外学者对湿地N2O排放进行了深入研究,并取得了大量研究成果.综述了国内外湿地N2O排放的研究现状及其产生机制,总结了湿地N2O排放的影响因素以及N2O排放的模型估计,并对今后湿地N2O排放研究提出了展望.作 者：李英臣 宋长春 刘德燕 LI Ying-Chen SONG Chang-Chun LIU De-Yan 作者单位：李英臣,刘德燕,LI Ying-Chen,LIU De-Yan(中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林,长春,130012;中国科学院研究生院,北京,100049)宋长春,SONG Chang-Chun(中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林,长春,130012)
期 刊：湿地科学 ISTIC Journal：WETLAND SCIENCE 年，卷(期)：2008, 6(2) 分类号：X511 关键词：湿地 N2O排放 影响因素 模型★ 浅谈工程项目成本核算问题研究
★ 建筑管理相关问题研究论文
★ 松嫩平原湿地景观格局动态变化研究
★ 三江平原典型湿地水化学性质研究
★ 银行信用卡营销问题研究
★ 中国人口素质问题研究三
★ 我国原油期货税收政策问题研究
★ 商业银行管理会计问题研究
★ 研究物理问题的方法
湿地土壤 篇3
关键词：黄河三角洲；盐渍化；成因
一、概述
黄河三角洲，指1855年以后，黄河在山东省利津县以下冲积成的三角洲。海拔4米以下的沿海低地，地下水位高，土壤盐渍化严重，大部仍为荒地。入海的泥沙约有40%在河口附近淤积，形成拦门沙、沙嘴及其两侧的烂泥湾。海岸线平缓。黄河三角洲地处暖温带半湿润大陆性季风气候带，四季气候变化明显，降水量时空分布不均，主要集中在7～8月份，年平均蒸发量是降水的3.22倍[2]。 二、时空演变分析
（一）时间变化
近、现代黄河三角洲土壤盐渍化程度也不一样。总体上，近代黄河三角洲土壤盐渍化程度比现代黄河三角洲土壤盐渍化程度高。原因是现代黄河三角洲拥有黄河故道和黄河现行河道，得到了更多的淡水补给[3]。
（二）空间分布
盐渍化在不同土层间的差异：越靠近地表盐渍化程度越严重，向土层深处，盐渍化程度降低[4]。从空间分布看，依土地类型：岗阶地、河滩地、河成高地、平地、低洼地、滩涂，轻盐碱地集中分布在平地、河成高地和岗阶地上，1987年、1996年和2005年分別有71.1%、75.5%和79.8%的轻盐碱地分布在其上；重盐碱地主要分布在平地和滩涂地和低洼地处，1987年、1996年和2005年分别有74.6%、84.4%和84.2%的重盐碱地分布在平地和滩涂上；而光板地则主要分布在滩涂和平地上。
三、土壤盐渍化成因分析
（一）气象气候因素
黄河三角洲属暖温带半湿润大陆性气候，季风气候显著，具有明显的干湿交替，降水集中等特点，易引起土壤的季节性积盐和脱盐。年内变化可规律性分为5个阶段：①春季土壤强烈蒸发积盐阶段（3-5月）②夏初相对稳定阶段（6月）③雨季土壤淋溶脱盐阶段（7-8月）④秋季土壤蒸发积盐阶段（9-11月）⑤冬季相对稳定阶段（12月-次年2月）。黄河三角洲降水量在530-635mm之间，降雨以汛期为主，且降水历时短，对土壤盐分的淋溶作用明显，且时空分布不均匀和年际变幅较大。年最大降水量约为年最小降水量的1.98倍[5]。
（二）地形地貌
地形高低决定着土地盐碱化的盐分来源条件，海拔高程小于2m的滨海低地，海水是土壤盐分的主要来源。受海水定期影响，海水、地下水、土壤盐分处于相对平衡状态，土壤通体高盐海拔2-4m的滨海缓冲区，地下水位较浅，地下水是土壤盐分的共同来源。盐碱地主要分布在平地和洼地，地下卤水区主要分布重盐碱地，咸水区主要分布轻盐碱地。海拔高于4m的内陆地区，微地貌条件的差异是土地盐碱化空间分异的主要控制因子，高地是土壤水和地下水的补给区，土地一般不会发生盐碱化。
（三）成土母质
它是一种近代浅海沉积物，由黄河携带的泥沙在海水的顶托和浸渍作用以及海潮和海浪等因素共同作用下形成的。成土母质多为海渍的河流冲积物，部分是海渍母质。因此，控制成土母质的是河流冲积物，并随着距海远近，海水带来的盐分离子空间上存在差异，受到海水不同程度的浸渍控制，海陆交互作用明显。
（四）水文地质条件
地下水位的高低和地下水的化学成分是盐渍化的主要成因。地下水年蒸发量随地下水位的升高而增高，因而通过毛管水带到地表的盐分也就愈多。不同矿化度的地下水对盐渍化的发生程度也有不同的影响。矿化度愈高，积盐程度就愈严重。黄河三角洲地下水埋深较浅，地下水补给主要靠降水，地下水的排泄主要靠蒸发和植物的蒸腾，地下水位变化与降水的时间分布关系极为密切。一般情况下，地下水位每年有一个峰和谷。峰出现在降水集中的7、8月份，而谷出现在降雨稀少的3、4月份。从每年的10月份到第二年的5月份降水入渗补给地下水量很少，在蒸发作用下，地下水位不断下降，地下水处于消耗状态。
（五）人为因素
长期以来，对黄河三角洲冲积土的开垦，没有用生态平衡和持续利用的观念权衡利弊，而是违背自然规律，结果一面垦殖，一面盐碱化[6]。据记载，经历了1935年鲁西南洪泛区的移民，40年代解放区的垦荒，直至解放后50年代一批国营农场的建立，三角洲的农业开垦逐步发展起来（许学工，1997）。然而，由于盲目垦荒、粗放经营，区域生态环境严重恶化。
四、总结
黄河盐渍化问题日益突出，是制约当地经济发展的一个重大问题。调查当地的盐渍化情况，由于其动态变化剧烈，运用遥感技术采集大量现实性信息。通过对比不同年份的图像，观察到不同类型的盐碱地的分布及其消长情况。盐渍化虽有自然因素，但不可忽视的一个重要方面则是对土地不合理的利用。解决盐渍化，需要减少对土地的不合理利用。
参考文献：
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湿地土壤水源涵养功能探讨 篇4
关键词：湿地土壤水源,涵养功能
土壤除了能够为生物生存提供良好的环境, 还能够利用土壤孔隙、土壤与地下水之间的联系实现水源涵养。土壤水源涵养功能一般情况下只是土壤蓄水。湿地土壤也有一定的水源涵养功能, 能够调节水分分布, 从而实现对供水、干旱等灾害的抵御, 保护湿地生态系统实现多样化的发展, 促进生态服务功能的发挥。湿地土壤水源涵养功能有助于促进湿地水循环以及生态系统功能的发挥, 避免出现湿地退化的问题。水源涵养功能也是生态系统服务功能中的重要内容, 水源涵养能够保证人们对水资源的需求。
1影响湿地土壤蓄水能力的因素
土壤的蓄水能力其实是受到可蓄水土壤层的厚度以及其单位蓄水能力的影响。单位土壤厚度的蓄水能力会受到土壤性质的制约, 还有土壤孔隙、粒径、土壤结构、容重、水分以及有机质等因素的影响[1], 这些都会关系到土壤的持水性。
1.1土壤的孔隙
水在土壤中的储存主要是通过土壤孔隙, 土壤的孔隙容易受到外界因素的影响, 非毛管孔隙相比于毛管孔隙更加敏感, 非毛管孔隙比较复杂, 孔隙会受到生物、物理以及化学因素的影响, 植被是影响非毛管孔隙生长、寿命等的决定性因素。非毛管孔隙不仅能够形成根系, 还能够为形成孔隙的动、微生物提供基础, 落叶以及枯枝能够促进大孔隙的稳定发展。植物根系的死亡以及生长都会产生大孔隙, 会对植物以及环境产生影响。森林土壤中植物根孔会随着深度的加大而逐渐降低。湿地中的水分胁迫程度不高, 湿地植物的地下根茎能够形成比较强大的根孔体系。
1.2粒径、土壤结构
土壤颗粒以及结构之间有孔隙, 颗粒是土壤构成的重要要素, 主要分为3个级别, 有沙粒、粉粒、粘粒[2], 这是按直径由大到小进行划分的。如果土壤的粗沙粒含量比较多, 蓄水的孔隙较大, 水分比较容易流失, 对于水源的涵养是极为不利的。粘粒较多, 蓄水能力也比较弱。
土壤结构的改变会影响土壤的孔隙以及非毛管孔隙度。土壤结构主要是由土壤的有机质、粘粒、生物因素等影响的[3]。土壤侵蚀会对土壤的粒径以及结构产生影响, 使土壤的蓄水能力降低。
1.3水分含量
土壤的蓄水能力在很大程度上是受到自然含水量影响, 含水量低的土壤, 其蓄水能力更强。土壤中的水分含量会受到降水、气温因素的影响, 如果气温升高, 水分就会蒸发, 有些冬季饱和的土壤在夏季有很强的蓄水能力。在雨季, 由于降水量比较大, 土壤处于饱和的状态, 蓄水能力就会比较差。
1.4有机质
土壤中的有机质能够对其持水性产生影响, 进而影响土壤结构, 湿地土壤中的有机质比较高。有机质含量比较高时, 增加有机质的含量能够促进任何土壤持水能力的提升, 有机质含量较低时, 增加有机质含量会使沙质土壤的持水性提升。湿地环境中, 土壤中的有机质能够实现良好的积累, 使湿地的蓄水能力达到提升。土壤中的有机质含量是要受到有机质的数量以及分解平衡性影响的, 湿地土壤的通气性是比较差的, 不利于有机质的分解, 因此湿地中的有机质含量要比较高。
2土壤涵养水源的机制
由于土壤的孔隙能够使水分在其中储存、保持以及运转, 所以土壤能够涵养水源。一开始, 主要是依靠吸附力, 水分才能够存在与土壤中, 随着水分的增多, 多余的水分会受到毛管力的影响形成毛管力, 之外的水分受到重力作用变成重力水。土壤中水分含量的增多, 会是使水势减少, 从而构成水分特征曲线[4], 在一定程度上反映着土壤的持水性。如果出现降水, 土壤中的水分会留出一些, 田地间的持水量能够存在与土壤中, 但是重力水要流出来, 从而形成径流, 实现涵养水源。
孔隙方面来讲, 土壤中的水分主要是存在与孔隙中, 按照大小可以分为毛管孔隙和非毛管孔隙。土壤中水分的储存主要有2种, 吸持储存;滞留存储。吸持储存是在毛管孔隙中出现的, 由于毛管力的作用, 水分存在与毛管孔隙中不能够融入到水的径流和变动中[5]。滞留存储是存在于非毛管孔隙, 在重力水的作用下暂时储存在其中, 如果出现降水、径流停止后就会受到重力的影响从土壤中留出, 还有可能深入到比较深的土壤中。这2种储水的方式有着不同的水文生态功能。毛管孔隙中的持水量能够反应出其为植被提供水分的能力, 而非毛管孔隙则是将土壤水源涵养以及减弱洪水的能力反应出来。
3湿地土壤水源涵养功能的发展
湿地中土壤的水源涵养功能虽然已经在很早之前就被人们所关注和认识, 但是湿地土壤水源涵养的系统化研究还存在着不足。在一些湿地土壤蓄水能力的研究中, 蓄水空间与地表水库容是等同的, 土壤中的蓄水能力经常被人们忽视, 湿地的蓄水能力认识并不到位。所以需要在湿地的蓄水能力研究中, 应将土壤纳入其中, 实现系统化的分析与研究, 明确湿地土壤的蓄水能力, 蓄水能力对于湿地水循环的调节、保证生态系统稳定性的能力, 以及湿地中特殊水文条件对于土壤蓄水能力的影响等进行分析和研究。
现阶段, 人们对土壤蓄水能力的研究主要是以森林生态系统为主, 相比于森林生态系统, 湿地土壤受水文条件的影响更加明显, 湿地受到周期或者非周期性的水淹, 土壤中的水分也会在长、短期中处于饱和情况[6], 从而影响土壤的蓄水能力。湿地的地下水位是比较浅的, 地下水会影响到蓄水有效的土壤层厚度, 因此森林生态系统中土壤蓄水能力的研究其实并不适应湿地土壤蓄水能力的研究, 因此需要针对性的对湿地生态系统中的土壤蓄水能力进行分析和研究, 促进湿地土壤水源涵养功能的实现。
当前, 人们对湿地的认识逐渐提升, 湿地的开发利用也逐渐加强, 很多湿地开发成农田或工业用地, 这使得土壤的性质发生了改变, 也在一定程度上影响着土壤的蓄水能力, 但是目前土地利用对于湿地土壤水源涵养功能的影响研究还不足, 应积极进行分析和研究, 明确其影响机制以及恢复的措施, 实现湿地的科学管理。
4结束语
湿地土壤的水源涵养功能主要是通过土壤中的孔隙实现的, 湿地土壤水源涵养其实就是土壤蓄水, 吸收降水以及径流, 是多个水文效应的综合体现。湿地是城市之肺, 能够涵养水源, 当前天津地区已经开始引进新的水源, 使湿地周边的环境得以恢复, 改善湿地的土壤, 充分发挥其自然生态功能, 实现水源涵养的全面实现, 满足人们对水资源的需要, 促进社会实现良好的发展。
参考文献
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湿地土壤 篇5
在中国科学院三江平原湿地生态试验站综合实验场,对不同耕作年限的湿地土壤(0～20 cm)进行环境累积效应分析.结果表明,随着开垦时间的增加,土壤的.理化性质发生渐变,物理性质方面,土壤容重和比重逐渐增大,而孔隙度和田间持水量逐年减少;化学性质方面,土壤pH值随开垦时间的增加而增加,有机质和其他养分则随开垦时间的增加而逐年降低.弃耕后土壤性质有所恢复.土壤性质在开垦初期变化较明显,而后逐渐变缓.
作 者：袁兆华 吕宪国 周嘉 YUAN Zhao-Hua LU Xian-Guo Zhou Jia 作者单位：袁兆华,YUAN Zhao-Hua(中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林,长春,130012;东北农业大学资源与环境学院,黑龙江,哈尔滨,150030;中国科学院研究生院,北京,100049)
吕宪国,LU Xian-Guo(中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林,长春,130012)
周嘉,Zhou Jia(中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林,长春,130012;哈尔滨师范大学生命与环境科学学院,黑龙江,哈尔滨,150025)
浐灞湿地公园土壤分析与改良 篇6
1浐灞湿地公园概况
浐灞生态区位于西安城区东部,北到渭河,南到绕城高速,灞河和浐河分别从东南方和南方贯穿其中。浐灞国家湿地公园核心保护区位于浐灞生态区北部,灞河入渭河的河口东侧,灞河一级阶地上。该区属于温带半湿润大陆性气候区,四季温暖干湿分明,降水量较少而蒸发大,河流也多是季节性河流,湿地公园位于城市绿色长廊中段,景观相对较好。但是随着浐灞河成为城市内季节性河流,水体遭到污染,河道没有形成完整的防洪体系,泥沙堆积严重。该区土地利用现状主要为弃置地和农田,另外还有沙坑用地和少量绿地。河床和河流两岸,多采沙坑、新挖沙坑、堆沙堆石场和垃圾场,挖沙形成陡坎悬崖坑,时常发生崩塌,地表逐渐变得凹凸不平。生态环境较为脆弱,景观破碎化,景观敏感性强。
2 浐灞湿地公园土壤分析
浐灞国家湿地公园核心保护区位于灞河一级阶地上,灞河一级阶地成二元结构,土壤主要为潮土[1]。潮土是一种发育于富含碳酸盐或不含碳酸盐的河流冲积物形成的土壤,它受地下潜水作用,经过耕作熟化而形成的一种半水成土壤。具有腐殖质层(耕作层)、氧化还原层及母质层等剖面层次,沉积层理明显。由于耕作表土层腐殖质含量低,颜色浅淡,所以潮土也称之为浅色腐殖质表层。
2.1 土壤物理性质分析
经勘测得知核心保护区土壤主要分为三层:杂填土层、中砂层和粗砂层。土壤含沙量多,由于颗粒粗糙,相应的土壤密度较高,孔隙度较小,有利于土壤中水、热、气的运行和植物根系的穿插,容易耕作但是其毛管持水性低,最大持水量较低,渗水速度快,保水和保肥能力较差,养分含量少,土温变化较大,不利于植物的生长和湿地景观的营造。
由于土壤的结构成分以砂土为主,水分渗透流失快,土壤中的水分蒸发量很大。土壤保肥能力差,植被长势不良,群落结构单一,生境简单。在一些平坦的地方杂草丛生,大部分低洼地地表裸露,灌木乔木数量非常少,植被覆盖率低。砂质土壤不利于涵养水分,加之地表裸露,因此土壤含水量低,容易加剧土壤沙化。
2.2 土壤化学性质分析
潮土深受地下水影响,湿地公园核心保护区地下水位平均在2～3 m处,降水补给少和地下水位低,容易在地表面蒸发积盐。同时由于潮土是含砂粒多的土壤,土质较松散保水保肥力弱,磷、钾等矿质养分含量低。
土壤有机质包括非腐殖质和腐殖质两大类。腐殖质是植物营养的重要碳源和氮源,土壤中99%以上的氮素是以腐殖质的形式存在的。浐灞国家湿地公园核心保护区由于养分和水分不足使得植被长势不良,湿地植被群落发育较低,生境种类单一,物种稀缺,特别是植被种类的丰富程度不够,杂草类群落占浐灞生态区湿地植被面积的88%以上,冬季残落的草、叶少,覆盖在地面上、土壤里可以腐烂产生腐殖质的物质也就少;原生植被破坏严重,湿地面积少,生产力低,湿地植被斑块破碎导致动物资源稀缺,不利于生境的产生,由此无论在视觉景观还是植物季相上都变化单一和单调。
2.3 土壤污染分析
浐灞国家湿地公园核心保护区土壤除了物理性质和化学性质不良外,还存在土壤污染问题。随着灞河成为西安的城市内季节性河流,浐灞河下游段两侧农业、居民生活、工业生产需水量巨大,使得地表水、地下水过度开采,人为超采加之区域降水减少和地下水水位下降,引起地面沉降,形成地下漏斗,水源供需不平衡,使得灞河两侧的地下水位普遍低于河流水位,导致河水灌溉补给地下水。灞河河水已经受到一定程度的污染,主要的污染物是硫化物、氨、酚和氟化物。以《土壤环境质量标准》(BG15618-1995)二级标准作为评价依据,分析结果见表1:
在单因子污染指数评价当中,P值越大,污染越严重,P>1时,表示土壤受到不同程度的污染。从表1中可以看出,灞河交汇前Cr/Zn含量高,已经超标,水质为V类。浐灞生态区水土环境质量及迁移路径表现为:排污口污水-径流污水-水井地下污水-灌溉土壤污染-农产品污染,其不同环节的污染程度可分别定性评为:很严重-严重-重-中-轻。由于地下水灌溉的规模比较大,土壤受到轻重不一的污染。
核心保护区西侧为村庄用地,基础设施不完善,没有垃圾回收站,形成了零零散散的垃圾堆积场,造成对土壤的固体废弃物的污染,影响土壤的结构和质地;灞河岸边有大片的农田,农业种植中需施农药,农药的合理、适量的施用会消灭害虫,有利于植物的生长。而不合理的农药施用在杀灭害虫的同时,多余的量会覆在土壤表面,随着农田灌溉和雨水的冲击,加之排灌系统的不完善,往往将过量的农药冲散到农田以外的场地,造成土壤的污染。
3 浐灞湿地公园土壤改良措施
浐灞国家湿地公园基于不同生境的营造,生物多样性的提高、生态环境的改良、塑造西北半干旱地区典型的河口型湿地景观的展现为目标,通过综合性的分析,结合景观生态学、植物学和美学原理,进行系统的规划设计[2]。在营造湿地景观的同时改良浐灞湿地公园的土壤性质,增加土壤有机质和养分含量,提高土壤肥力,降低土壤污染程度。
3.1 工程改良措施
湿地公园核心保护区分为人工净化湿地、沼泽湿地、人工河岸湿地、自然渗滤湿地以及河道湿地五部分(见图1)。在人工净化湿地中定期投放灞河河水(通过水量计算求得灞河取水口的流速为2 m3·s-1),通过淹水和落干相交替的工作方式,使渗池表面暴露于大气中,经历干燥和氧化作用。淹水、落干往复循环净化的水流入到阶梯式人工湿地中。阶梯式人工湿地是根据自然水体湿生植物、浮叶植物以及沉水植物的空间规律,利用水生高等植物对不同悬浮泥沙水体的净化功能构建的。污水经过配水系统在湿地一端均匀进入填料床植物根区,在湿地床内部流动,净化出水由湿地末端收集管集水后排到沼泽湿地——森林沼泽、浅水沼泽湿地、深水沼泽湿地和湿地内岛。这些湿地分为开阔水面和水陆结合两种形式。根据不同的基地和水深配置不同的植物,使其有助于生境的营造和水的净化。通过一定的竖向设计使净化过的水流入人工河岸湿地和自然渗滤湿地。在河道湿地区,进行生态堤防护岸及相关生态修复工程建设,涵养地下水。通过人工湿地的建设和管理,净化流入到湿地公园的灞河污水,在营造湿地景观的同时,补充地下水,减少河水和地下水对土壤的污染。
依据以上的湿地分区,在土方施工过程中,对湿地整体土壤层进行了改造。陆地区表面覆0.5 m厚的种植土和1 m的普通黄土,在陆地种植区域,覆10～15 cm厚的耕种熟土在乔木种植穴底部,保证植入的树种有较高的成活率。水中种植区域池底表面以下为0.3 m深的种植土,淤泥质土分层填覆,每30～40 cm一层,自然沉降压实,置于种植土底部。通过掺和种植土和耕种熟土的方式改良砂土类质地不良性质,来提高新植入植物的成活率和促进生长,有利于土壤结构的优化和内部物质的重组[1]。可以保水保肥,有利于微生物的生长。
其它工程措施:结合浐灞国家湿地公园建设中的工程措施改善土壤,如结合湿地公园的给水排水工程,改善土壤水分状况,以明沟、暗管的形式进行水平排水为主要形式,在农田周边开挖边沟,将灌溉的多余的混合农药的水通过边沟汇集到排水渠里排除,这样既能减少对其它非耕作田地的污染,也能改变土壤的盐碱度。
3.2 植物种植改良措施
植被是生态系统的生产者也是湿地其他生物类群生长和新陈代谢所需能量的主要来源。植被群落组成的景观生态斑块的数量和密度影响景观总斑块密度,由此产生不同的生境类型和生态意义。土壤为植物的生长和繁衍提供环境,其物理特性和化学特性影响植被的种类、数量、长势和群落组成及演替过程。湿地植物群落的形成和演替过程是湿地演替过程直接的反映,土壤、水分、营养物质的变化从而导致植物种类和群落发生变化。随着湿地植物群落的发育,物种的增多,植物的成熟,反过来会影响土壤、水分的组成和结构。
3.2.1 堤岸种植区
湿地公园主入口的西部,种植有观赏价值较高、季相变化较强的乡土果树:桃树、酥梨、山杏、石榴。沿灞河大堤堤顶路主要种植垂柳,体现长安八景之一——灞柳风雪[3]。自然渗滤湿地内种植疏林灌木丛,以苦楝为主,展示纯净的自然景观;公园主入口的南部堤岸,围在功能湿地的外围,整个种植带分了三层林带——枫树与银杏林带,油松与竹子林带,内层的垂柳林带;渭河大堤处,以柿子林为主要植物景观,构成了湿地公园恢复区的“火晶映波”。结合茂密的油松林和苦楝林,形成从公园入口处向北一路行进过程中的大背景。杨树、垂柳、油松、白皮松、臭椿和紫穗槐等是西安地区常见的乡土树种,它们在构建湿地景观的同时对土壤的物理性质和化学性质产生影响。这些常见乔木很多是先锋树种,具有很强的适应性,根系长而且发达,生长迅速,具有抗风、耐盐碱、耐瘠土、固沙和固土性好的特性。不同的树种组合成林,生态效果更好,如刺槐与杨树、白榆、臭椿、侧柏和紫穗槐等以带状方式混交造林,林木生长量大,病虫害少。
3.2.2 湿地种植区
在湿地种植区,以开阔水面和水陆结合两种形式为主,整个湿地种植景观区形成以芦苇滩为主的湿地景象。陆地区(岸边、岛屿)种植乔木,有白蜡、毛白杨、旱柳和苦楝等落叶树种,配以常绿植物油松形成冬天背景,林下配以杂灌木小蜡、多花胡枝子、火棘,形成季相变化、颜色丰富和层次分明的植物林带。芦苇、水芹菜、香蒲和茭白等是人工湿地中典型的净化水质的植物,高密度的种植芦苇、水芹菜、香蒲和茭白等经济作物,在展现人工湿地景观的同时,还可以达到预期的净化功能,突出浐灞生态区的可持续发展特色,从而减少河水对土壤的污染[3]。不同植被通过枯枝落叶的覆盖提高了土壤的水源涵养功能,落叶落于地表或埋于土中增加土壤腐殖质和土壤孔隙度。一定的群落组合成林,有利于多样化的生境形成。为动物们提供安家、觅食、栖息、繁殖和庇护的场所,有利于食物链的完善。
3.3 其它土壤改良措施
3.3.1 增施绿肥
增施绿肥主要是种植豆科绿肥合欢、黄檀、皂角、格木、红豆和槐等,例如刺槐的根部有根瘤菌,利用这些菌类来吸取大气中的游离氮素为己体之需,把空气中的无机氮转化成有机氮,这对土壤改良非常有利。此外这些含氮的根部腐烂后可增加土壤中的氮素,或将全株植物犁入土中作为绿肥,其效果更为著[4]。
3.3.2 合理的耕作和灌溉
土壤表层经常会受到不合理的耕作和灌溉的影响,导致土壤结构被破坏,土壤物理性质恶化。为了保护和改善土壤结构状况,保持和提高土壤肥力,在湿地公园核心区湿地景观形成的过程和成型后进行合理耕作,改多耕为少耕或免耕,改漫灌为喷灌、滴灌或底土渗灌,发展灌溉应防止盐渍化。
4 结论
通过浐灞湿地公园核心区土壤的研究发现,其物理性质、化学性质不良,并存在土壤污染的问题。结合浐灞湿地公园核心区景观设计方案中的工程措施、植物种植措施改善土壤结构、提高土壤肥力,对西北半干旱半湿润地区的河口型湿地公园建设提供了有益的建议。
参考文献
[1]李梦丹.西安浐灞湿地公园生境回复营造技术途径研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.
[2]克雷格.S.坎贝尔,迈克尔.H.奥格登.湿地与景观[M].吴晓芙译.北京:中国林业出版社,2005.
[3]贾以欢.西安浐灞国家湿地公园植物景观规划设计研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.
湿地土壤种子库研究的进展与挑战 篇7
关键词：土壤种子库,数量特征,时空格局,湿地植被
植物群落的种子库,既是对它过去状况进化记忆,也是反映群落现在和将来特点的一个重要因素[1]。通过研究其记忆能力可以反映植被发展历史,特别是对追溯植被演化过程具有重要指示作用。结合土地利用特征,研究特定生境下土壤种子库的萌发与其建立植物群落的作用等内容,对退化生态系统的植被恢复与重建具有重要的理论意义和实践价值。
土壤种子库一直是生态学、植物学中的热点问题,研究土壤种子库是认识陆地生态系统、水生生态系统地下生态学格局和过程的重要内容,对生态系统健康和保护生物学具有重要的意义。通过研究土壤种子库不但可以评价退化系统的质量或预测植被的发展动态[2],还可为植被恢复的物种选择提供理论基础[3,4,5]。
早在《物种起源》一书中就出现了对湖底淤泥中种子的详细描述[6,7]。所有关于土壤种子库的文献,都是关于“有效种子库”的研究[8,9,10,11,12,13,14]。湿地生态系统是目前最受威胁的生境类型之一[15],恢复和重建受损湿地生态系统的重要性日益被重视,并成为研究的热点[16]。
1 湿地土壤种子库的形成
已有研究认为,种子库主要分为两部分:一是存在于土壤表面的有活力的种子;二是被土壤埋藏的活种子[17]。种子进入种子库后一部分被保留在土壤表面或枯枝落叶中,但大部分会因为各种生物或非生物因素进入土壤并被埋藏其中。动物和人类活动等生物因素会导致一些种子被完好地埋藏在土壤表层以下[18,19],其中蚂蚁的种类和食性会影响被埋藏种子的种类[20],而人类耕作方式和耕作深度的不同也会导致种子库密度和组分的变化[19,21]。
2 土壤种子库的研究方法
2.1 种子库取样
土壤种子库的野外取样方法主要有随机法、样线法、小支撑多样点法。其中,样线法在国内外研究中较常用[22,23]。取样量的大小包括样方数量、样方面积、土层深度[23],目前采集样方数量的方法较固定,包括大数量的小样方法、小数量的大样方法和大单位内子样方再分小样方法,其中大数量的小样方法具有较高的可靠性[24];样方面积大小包括1 m﹡1 m、50 cm﹡50 cm和10 cm﹡10 cm 等不同设定方法[22];取样深度一般分为0 ～5 cm、5～10 cm、10 ～15 cm 和15 ～20 cm,目前大部分研究多采用10 cm 土层深度,且再分2 ～ 3 层(0 ～5 cm、5 ～10 cm 或0～2 cm、2～ 5 cm和5 ～10 cm),沙地研究中土样深度可取至30 cm [22,24]。
研究土壤种子库,取样时间直接影响研究结果[25]。种子库的取样时间主要分为两个高峰:一个是在春季植物种子萌发之前;另一个取样时间在秋季植物种子成熟之后[26]。
2.2 土壤种子库的鉴定方法
国内外比较成熟的种子库鉴定方法主要有种子萌发法和物理方法。研究结果表明:物理方法面临的最大困难是对种子的鉴定,最常见的鉴定方法还是种子萌发法,即在合适的萌发条件下让种子萌发,对幼苗进行植物物种鉴定,大约90%的研究工作采用的都是萌发法。但是种子萌发法也有不足之处,即使在合适的萌发条件下,也有一些种子处于休眠状态暂时不能萌发,另外萌发法耗时太长[26]。萌发法和物理方法都有缺点,但现有的研究更侧重于种子库直接分离和萌发法相结合。
3 湿地土壤种子库的主要研究内容
湿地土壤种子库的研究,主要包括土壤种子库的研究方法、土壤种子库的特征、群落结构、空间分布格局,年龄、寿命和遗传特征,湿地土壤种子库与地面植被的关系,土壤种子库时间动态、季节动态研究,影响湿地土壤种子库特征的因子、湿地恢复重建与湿地景观营造在湿地恢复中的应用等。
3.1 土壤种子库的规模
土壤种子库的规模是单位面积土壤中有活力的种子的数量,即种子密度。多数采用10 cm表层土壤中单位面积上所包含的有活力的种子数量表示。根据研究结果归纳出陆地上典型植被类型土壤种子库的规模,森林土壤中的种子含量一般在102～103粒/m2,草地土壤中为103～106粒/m2,耕作农田土壤中为103～105粒/m2,干燥冻原地区土壤种子库(0～3 142粒/m2)较少,物种数只有0～5种;湿地冻原的土壤中可萌发的种子数量(1～3 367粒/m2)较多,物种数为l～13种;水域冻原最少(0～2 802粒/m2),物种数只有0～5种。草地植被土壤种子库规模一般高于森林植被土壤种子库,但所含物种数不一定高[24,27]。
3.2 土壤种子库的分类
因为土壤种子库具有复杂的多样性,需要对其进行分类。在湿地种子库分类领域,国内外关于土壤种子库的分类系统尚未见报道。开展湿地种子库分类研究可为今后研究湿地提供可选择的系统,从而促进湿地生态学的全面发展。因此,可结合不同湿地类型的特征,借鉴陆生系统种子库的分类方法,根据种子在湿地种子库中存活时间、种子休眠和萌发特征及种子散布的时空格局等为依据对湿地种子库进行分类。同时,湿地土壤种子库所处的生态环境不同于森林、草地等陆地生态系统,特殊的生境决定了湿地土壤种子库必然与其水文等环境因子相适应,通过深入研究环境因子对湿地种子库的影响过程,进行湿地土壤种子库分类可能效果更佳。
3.3 土壤种子库的空间分布格局
土壤种子库的空间分布格局包括水平和垂直分布格局。国内外对陆地生态系统土壤种子库的水平分布研究较多,特别是对种子雨的散播机制。对湿地种子库的研究表明,种子集中分布于表层4cm的土壤中,且单位面积种子的密度随着土壤深度的递增而减少[28,29]。而在湿地深层土壤的种子分布量极少,并且不容易萌发和再分布,不再参与湿地种子库的动态等直接相关的过程[30]。与湿地土壤种子库的垂直分布相比,对水平分布的研究不多。水分、光照和地形等微环境因素可通过干扰种子扩散机制对土壤种子库水平分布产生影响,从而不同样点种子的分布密度不均匀,某些植被丛下能聚集种子[31],其单位面积的种子数比开阔地高;小尺度空间格局中地表植被优势种的种子呈聚集分布[32] 。
3.4 土壤种子库动态研究
土壤种子库首先是不同时间内植被种子输入的积累,植被演替不同阶段土壤种子库表现出一些差异。土壤种子库的动态或时间分布格局取决于地上植被成熟种子的输入量、输出量和储存量[33]。
湿地土壤种子库的组成和规模随时间而变化,其物种组成和数量具有明显的季节性动态变化[34,35]。一些植物的种子散布后,在土壤中存留较短时间就开始萌发,而另外一些植物的种子进入土壤后全部休眠或只有部分萌发。如在湖泊湿地研究中发现,种子库季节变化明显,而且在地表植被种子成熟,新的种子补充到种子库后其密度最大[35]。关于湿地种子库的时间动态研究,目前只停留在对湿地种子库季节性变化的研究。而湿地种子库的年际变化也是湿地种子库时间动态研究的重要组成部分,通过研究湿地种子库与植被的年际变化可以在更长的时间尺度上探讨种子库与植物群落的更新和演替的关系,其结果应更具有说服力。因此,加强对湿地种子库年际变化的研究,为进一步系统认识湿地种子库的目的,为改善湿地管理、保护及植被恢复提供新的思路。
3.5 土壤种子库与地面植被的关系
湿地种子库与地表植被的关系随湿地类型和植被类型而异,同时环境因子(如水文)等也影响二者的关系。对沼泽湿地的研究发现,种子库与地表植被的物种组成差异很大[36,37]。在水位波动较大的洪湖退耕湿地种子库与植被关系的研究中发现,种子库与地表植被的相似性系数很小,表明二者之间的相似性较低[35]。有的湿地研究结果发现,种子库与地表植被之间基本没有相同物种[25,38,39]。由于在湿地中一些植物种类主要是通过无性繁殖来繁殖新的个体[25,40,41,42,43,44],使种子库与地表植被相关性降低。研究发现以一年生植物为主的湿地种子库与植被相似性高[31,45]。种子库与地表植被的组成会因不同时期水文条件的变化而具有不确定性[46,47,48,49]。这与生态系统经常受到不可预测的干扰有关,关于二者的关系尚不能形成统一的结论,其原因多种多样,既有研究方法带来的技术性差异,也有物种本身的生物学特征所导致的差异,或者是环境因子(如地理、气候等)和人为干扰的影响,等等。湿地种子库与地表植被的关系除因湿地地表植被类型的变化外,还存在其他因素,如物种丰富度、环境因子(水文、季风)、湿地种子库的空间分布格局、时间异质性等[46],这些因素相互影响和协同作用。因此,长时间的监测和研究可从更深层次上阐明二者的关系。
3.6 土壤种子库特征变化的影响因素
除湿地地表植被类型的变化外,还存在着耕作、放牧和火烧等外界扰动[27],适度的火烧可打破种子休眠、促进萌发[24,50],掌握火烧频率、强度和深度对土壤种子库种子的影响机制,将有助于通过人为干扰控制种子活性,并将其应用于植被恢复。
3.7 土壤种子库的年龄、寿命和遗传特征
种子库被认为是植物种群遗传多样性的潜在提供者。休眠种子构成了地面植被的一个进化记忆。种子寿命和休眠越长,生态学上积累的变异越多,遗传变异潜力就越大[51]。因此,种子库里长命种子具有重要的遗传学意义。关于种子库对地上部分种群遗传结构影响的假说较多,例如,种子库通过保留选择中产生的大量的遗传变异的作用,最终加快种群进化的速率[52]。目前涉及种子库遗传结构的论文不多,研究发现种子库与地上种群的遗传结构具有显著的差异;种子库种群的遗传多样性水平显著高于地上部分种群[53,54,55]。
3.8 与土壤种子库形成的相关假说
关于土壤种子库的形成原因,各国学者提出了一系列假说:(1)双面下注假说[56]。(2)种子质量(或大小)与种子休眠假说[41,57]。(3)不同散布方式的植物与其种子休眠假说。(4)植物本身个体寿命与其种子休眠假说[57]。这些假说尝试从不同角度对土壤种子库的形成和发展做出解释。
4 湿地土壤种子库在受损湿地恢复中的应用
作为植被恢复重建的材料和资源,湿地种子库具有恢复该地域自然植被的潜力,为植物群落的恢复或重建提供了可能。已有的研究已证实在原有植被遭到破坏的情况下,潜在的种子库可以恢复受损湿地植被,并可使一些在地表植被中已消失的种类得到恢复[58]。在湿地保护和恢复实践中充分利用原有湿地保留的种子库,通过种子库移植等方法恢复湿地植被,更有利于湿地的物种多样性和遗传多样性的恢复,且具有效率高、费用低等特点。鉴于湿地退化加剧的现状和湿地保护的需要,开展这方面的研究不但对湿地保护管理具有重要的现实意义,也将成为今后湿地生态研究的重点之一。
5 对湿地土壤种子库研究的展望与挑战
土壤种子库是植物群落再生、退化后恢复的重要物质基础,也是植物占领新栖息地的物质基础。与国外关于土壤种子库的研究成果相比,国内还存在巨大的差距,研究土壤种子库对于解释植物群落的更新、演替、恢复和退化起到了积极作用,对土壤种子库动态进行较系统的研究,可以为研究湿地植被的更新与演替、生物多样性保护、生态系统保护与管理方面提供基础。
湿地土壤 篇8
碳循环, 是指碳元素在环境中的自然循环, 生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物利用光合作用将二氧化碳转化为葡萄糖并放出氧气的过程。碳的两性循环是生物圈健康发展的重要标志, 是全球环境化学及地理研究的主要研究方向之一。大气中CO2的体积占全球大气总体积的比重增长已经远远超出了65万年来的自然变化范围的最大值。其带来的诸多影响对自然生态系统, 人类生存环境以及经济社会生活产生了不利的影响。因此, 为避免气候变化给人类生存和发展带来的潜在威胁, 碳减排是当前最迫切的工作, 保育和修复包括湿地在内的各种具有碳汇功能的生态系统是其中的重要措施之一。
2 海岸潮间带湿地
潮间带湿地是滨海湿地的一种, 指位于大潮高潮线和低潮线之间区域的生态系统。潮间带湿地位于淡水和咸水交界的地方动植物群落比较复杂, 对于亚热带和热带地区的潮间带, 大部分以红树林沼泽为主。因此, 对潮间带湿地而言, 稳定形态的碳多数储存在土壤中 (78%~99%) , 在全球至少有430Tg碳储存在盐沼表层0cm~50cm的土壤中, 红树林沼泽同一土层碳储量则可以达到 (5000±400) Tg C。尽管沿海潮间带湿地的土壤密度并很不高, 但在碳的积累速度方面, 要远胜于泥炭湿地。相对内陆湿地而言, 潮间带湿地土壤容重较大, 其土壤碳密度相对略大。研究表明, 江苏沿海滩涂土壤中有机碳储存密度约为50t~100t碳/hm2。
3 潮间带湿地碳循环的方式
3.1 垂直方向气态碳交换
碳主要以二氧化碳的形式通过植物光合作用进入生态系统, 植物所固定的碳再以凋落物, 分泌物或事物的形式向生态系统内部传递, 进而被其他生物利用或分解, 最终以二氧化碳甲烷等形式释放出去, 或者储存于土壤, 植物体和其他生物体内。
3.2 水平方向碳交换
土壤中可溶性有机碳和可溶性无机碳以及颗粒态有机碳会随着潮流迁移进出潮间带湿地, 并在潮间带湿地的碳收支中占据重要地位。
3.3 垂直方向的碳封存
河口海岸潮流介导的碳沉积, 这个过程会使大量碳在短时间内离开碳循环而被掩埋在沉积物中, 这种潮汐流驱动的碳封存是潮间带湿地与内陆湿地碳获取方式的区别之一。
4 湿地土壤碳循环影响因子
国内外对海岸带湿地的碳排放特征, 生成机制及影响因素进行了较多研究, 由于潮间带湿地涨落潮的物理特征, 温度, 水位, 土壤含水量以及土壤有机质成为湿地二氧化碳排放的主要影响因子。
4.1 温度
一定温度范围内, 湿地土壤温度升高会促进土壤中微生物或根系的代谢活动, 使根的呼吸增强, 加速微生物对有机质的分解, 湿地生态系统二氧化碳排放通量增高;超过一定的温度范围, 随着土壤温度的升高, 土壤中微生物及酶的活性降低, 土壤中有机质的矿化作用和根系呼吸作用减慢, 湿地CO2排放通量随温度的升高又呈减小趋势。
4.2 水位
当湿地生态系统土壤表面呈淹水状态时, 湿地呈厌氧环境, 有机物分解不彻底, 湿地中二氧化碳排放通量减小。随着水位的降低, 湿地土壤中会溶解大量的氧, 使得土壤微生物活力大大提升, 加速了湿地中有机物质的分解, 二氧化碳排放量大量增加。
4.3 土壤有机质
生态系统中的土壤有机质主要来源为土壤表层植被的残留物和土壤剖层中的根系残留物及分泌物大量的不溶性有机物质, 会促进微生物活动, 从而促进土壤呼吸速率。根据韩海燕等的研究显示土壤有机质在一定范围内和土壤呼吸成正比。随着有机质的增加, 土壤呼吸作用加强。
5 研究内容
5.1 土壤有机碳含量对碳通量的影响
作为地形特殊的滨海湿地, 周期性水淹和缓慢的微生物分解速率以及外援有机质, 导致土壤中有机物质含量相对较高, 其中碳含量达到45%甚至50%。而不溶性有机碳的氧化作用导致矿化作用 (在土壤微生物作用下, 土壤中有机态化合物转化为无机态化合物的过程) , 使得有机物质转化为无机营养盐, 增加碳含量。
5.2 水位对碳通量的胁迫分析
作为水动力等物理因素占主导地位的河口海岸带地区, 潮位的周期性变动等环境因素对潮间带湿地的碳循环影响巨大。因此潮汐是影响潮间带湿地淹水程度的重要因素。
6 应用前景
湿地拥有巨大的土壤碳储量, 在全球变暖背景下, 湿地生态系统很有可能向大气释放大量碳, 加剧全球变暖。通过本项目的研究, 了解潮间带湿地生态土壤、水体、大气间碳通量的时间动态, 以及碳通量的控制因子, 在此基础上, 建立多维多相碳循环模型, 为预测及评估潮间带土壤碳循环对滨海湿地生态系统的响应提供技术支撑, 为政府决策者在受损潮间带湿地碳汇功能保育和修复措施的制定中提供参考资料。
摘要：近年来, 随着公众对环境问题的关注, 气候变化已经成为环境科学工作者的又一个研究热点。作为“地球之肾”的湿地, 在温室气体的固定和释放中起着至关重要的作用, 对全球范围的碳循环也有不小的影响。海岸潮间带湿地同时扮演着碳汇和碳源的角色, 据统计, 全球范围内滨海湿地的总碳封存速率超过100Tg.a-1, 因此潮间带湿地主要有以下两方面的作用:一是降低全球温室效应, 二是减少温室气体的排放。
关键词：湿地,碳循环,海岸潮间带
参考文献
[1]陆健健.中国滨海湿地的分类.
湿地土壤 篇9
1.1试验区自然概况
试验场内的地貌类型为虎林沼泽发育最为普遍的碟形洼地, 土壤类型为草甸沼泽土、腐殖质沼泽土和潜育白浆土。
1.2试验设计
田间试验小区分布:小区面积50m×90m, 分为5个处理 (各处理是10m×10m) , 每个处理3次重复。各小区重复之间间隔10m, 目的是优化出增碳的适宜氮水平。每20d取一次样, 共5次。共分3次施肥, 处理4需要3次割草, 第1次施肥后观察一周动态变化。
处理1为对照, 不施肥 (自然状态) ;处理2为N肥20kg、P肥30kg、K肥25kg/hm2;处理3为N肥40kg、P肥30kg、K肥25kg/hm2;处理4为N肥 (40kg/hm2+小叶章原位还施) 、P肥30kg、K肥25kg/hm2;处理5为N肥60kg、P肥30kg、K肥25kg/hm2。
2试验结果与分析
2.1不同施肥量在不同时期对土壤碳储量的影响
施肥影响湿地土壤有机碳储量和有机碳达到平衡所需时间。很多研究者在土壤类型、气候条件和利用方式不同的前提下, 得出有机肥或有机无机肥料混合施用都能显著提高土壤有机碳含量。影响土壤碳储量估算精确度的因素一般有以下几个方面:土壤碳密度的变化, 空间变化, 还受很多因素影响, 松紧度、含水量。样本数少, 有机碳浓度不确定等都造成估算偏差。
由试验结果可知, 随着时间的变化, 各施肥处理碳储量都呈现先增加后降低至平稳的趋势, 施肥处理4与其他处理差异显著, 其他处理间差异不显著。各处理基本在7月30日碳储量达到最大值, 其中处理4值最大11.4×103t/hm2, 此时期处理4本身和其他时期相比增加幅度分别是24.3%、11%和3.87%。处理4在各时期碳储量均高于其他处理, 7月30日与其他处理碳储量值相差最大, 说明处理4有利于碳储量的积累与增加。原因如下:一是施肥影响湿地土壤有机碳储量和有机碳达到平衡所需时间;二是施用化肥都能显著提高土壤有机碳含量;三是碳储量受进入土壤的有机物量影响, 进入土壤有机物量越多, 土壤碳储量越多, 达到平衡所需时间也就越长;四是固态的碳分解速率比液态的慢, 从数据可以得出结论, 淹水的时期土壤碳储量比无水时期大。
2.2不同施肥量在不同时期对土壤有机碳的影响
土壤有机碳是形成土壤构架的重要因素, 能改良土壤理化性质、生物学特性, 直接影响土壤的耐肥性、保墒性、缓冲性、耕性和通气状况。因此有机碳含量是土壤肥力高低的重要指标之一。
由试验结果可知, 各处理随着时间的变化呈现一定的规律性, 随着时间先增加后降低最后趋于稳定的趋势, 处理4在各时期与处理3差异不显著, 和其它处理差异显著。其余处理间差异不明显, 但与对照相比差异显著。各处理随着施肥量的增加呈现上升的趋势, 说明施用化肥能明显提高土壤有机碳含量。时间变化, 气温、淹水深度也发生变化导致有机碳含量变化。可以看出处理4施肥加原位还施有机碳增幅大, 如果长期试验对有机碳的增加效果更明显, 对于有机碳的研究还需要进一步深化。
3小结
施用化肥有利于有机碳的提高, 但是达到一定值时, 有机碳变化不显著。化肥最佳施用量有待进一步探索。施用化肥或化肥与原位还施技术配合施用, 均有利于湿地土壤有机质的积累。不同施肥处理过程由于水分的影响很大分布规律总体上一致, 含水量越高, 有机碳含量越高。说明土壤含水量和含碳量有密切关系。目前国内外对于湿地碳循环过程的机理研究较为薄弱, 特别是对于不同类型湿地碳的累积历史与沉积年代、碳储量、碳循环的输入输出通量、有机碳组成、水文地质条件对湿地有机碳的累积与分解、有机碳分解转化动力学特征及参数等方面的研究需进一步深入探讨。
外源肥料的输入对湿地土壤的理化性质、特别是有机碳的矿化和可溶性有机碳的含量变化影响很大, 都呈现大幅上升的趋势。外源肥料改变了有机碳的含量, 特别是氮素的增加有利于碳的积累。通过试验得出建三江沼泽湿地碳储量增加的最佳营养调控方式是:N肥 (40kg/hm2+小叶章原位还施) 、P肥30kg、K肥25kg/hm2。
参考文献
[1]ZDRULI P, ESWARAN H, KIMBLE J.Organic carbon content and rates of sequestration in soils of Albania[J].Soil Science Society of AmericaJournal, 1995 (59) :1684-1687.
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[3]裴海昆, 朱志红, 乔有明, 等.不同草甸植被类型下土壤腐殖质及有机磷类型探讨[J].草业学报, 2001, 10 (4) :18-23.
[4]李忠佩, 张桃林, 陈碧云.可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系[J].土壤学报, 2004, 41 (4) :544-552.
[5]杨继松.三江平原小叶章湿地系统有机碳动态研究[D].长春:中国科学院东北地理与农业生态研究所, 2006:122.
[6]徐秋芳, 姜培坤.不同森林植被下土壤水溶性有机碳研究[J].水土保持学报, 2004, 18 (6) :84-87.
湿地土壤 篇10
关键词：艾比湖,湿地边缘带,景观类型,土壤盐分,特征
干旱区荒漠化过程中, 最敏感、影响最强烈和变化最显著的地段是边缘带, 其对人为干扰和自然干扰反应迅速且幅度巨大。在全球生态环境变化的背景下, 干旱区比其他地区更加敏感, 具有“指示”和“预警”的意义。也是进行全球变化及区域响应研究的关键区。因此, 对湿地边缘带土壤的研究意义重大[1]。
艾比湖湿地是我国重要湿地之一, 也是新疆最大的湖泊湿地, 位于准噶尔盆地西南缘最低洼地和水盐汇集中心[2]。土壤是湿地生态系统的重要环境因子之一。特殊的水文条件和植被条件下, 湿地土壤有着独特的形成和发育过程, 不同于一般陆地土壤的理化性质和生态功能, 这些性质和功能对于湿地生态系统平衡的维持和演替有着重要意义。王勇辉、郭双双等人针对艾比湖地区的土壤盐分做过许多研究[3,4], 吉力力·阿不都外力通过对准噶尔盆地西部艾比湖地区盐尘的扩散和堆积进行观测和取样, 分析了艾比湖周边盐漠区盐尘的时空分布规律、活动特点和危害强度[5]。本文以艾比湖湿地边缘带不同景观类型下的土壤为研究对象, 通过野外调查采样和分析, 综合应用土壤地理学、分析化学、统计学等研究手段分析了湿地边缘带不同景观类型的土壤盐分分布特征, 从而了解艾比湖湿地边缘带的土壤盐分分布情况, 以期为艾比湖湿地边缘带沙化研究及土壤盐渍化的治理提供依据。
1 区域概况与研究方法
1.1 研究区概况
艾比湖湿地位于博尔塔拉蒙古自治州境内, 是准噶尔盆地西部最低洼地和水盐的汇集中心, 属典型的大陆性干旱气候, 年均降水90.9 mm, 蒸发量高达3 790 mm。年日照时数约2 800 h, 温度在-36.4~42.2 ℃之间。主要地貌为湖泊沼泽、低山丘陵、冲洪积平原和湖积平原等, 土壤类型属水成土、盐碱土和荒漠土等土纲。植被也由此形成旱生、超旱生、盐生、沙生等多种植物群落[6]。
1.2 研究方法
1.2.1 样地设置与样品采集。本研究采用GPS定位技术, 依据艾比湖湿地边缘带景观分布特征, 采集不同景观类型下26 个土壤样点, 共148 个土样, 同时对采样点周围的地形地貌、植被类型、植被覆盖度、人类活动情况等要素进行描述, 并获取采样点坐标 (图1) 。每个土壤剖面采集6 层, 分别为0~5、5~20、20~40、40~60 cm。采样时间为2014 年8 月。
1.2.2 样品处理与分析。野外采回的土样经过风干、磨细、过筛处理后, 装入自封袋并标明采集地点、土样编号之后备用。土样在实验室自然风干后, 剔除土壤以外的侵入体 (如植物残茬、石粒、砖块等杂质) , 将风干磨碎土壤过1 mm筛, 取10 g土样与50 g蒸馏水 (水土比5∶1) 混合, 经过振荡和离心, 取上清液进行土壤盐分的测定。总盐采用质量法测定;HCO3-、CO32-采用双指示剂中和法;Cl-采用硝酸银滴定法;SO42-采用容量法;Ca2+、Mg2+采用EDTA络合滴定法;K+、Na+用差减法计算求得。
1.2.3 数据处理与分析。 采用Excel软件进行制图, 利用SPSS 17.0 软件进行描述性统计分析。
研究区地处干旱荒漠区湖泊湿地, 景观类型包括人类活动景观和部分自然景观, 分类以湿地边缘带植被为景观标志, 同时也考虑人类活动的影响, 综合考虑研究区土地利用分类状况, 将研究区分为灌木林、水域、草地、芦苇湿地、棉田、裸地6 个景观类型。其中灌木林景观包括以柽柳梭梭为主的灌木和覆盖有盐节木、盐穗木、黑枸杞的少量灌丛;水域景观是被湖水覆盖的区域;将罗布麻、盐穗木、猪毛草、骆驼刺、花花柴、盐节木、猪毛草等草本植物大量生长的区域划分为草地景观;芦苇湿地是大面积长有芦苇的介于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡类型的区域;棉田景观包括新庄五队棉花地、蘑菇滩七队棉花地和九十团棉花地;几乎零植被覆盖的戈壁裸地和基本被砾石覆盖的戈壁划分为裸地景观 (表1) 。
2 结果与分析
2.1 各景观类型土壤盐分分布
依据艾比湖湿地边缘带景观单元构成, 将研究区景观划分为6 种类型, 分别是棉田景观、裸地景观、灌木林景观、芦苇湿地、草地景观和水域景观, 由于采样点的选取并非均匀, 因此对这6 类景观的土壤盐分总量做标准差, 从而得出各景观类型土壤盐分占总盐含量的比例图 (图2) 。可以看出, 水域景观的土壤盐分含量最大, 占总盐量的50.7%;灌木林景观的土壤含盐量居第2 位, 比例为12.1%;芦苇湿地景观占到总盐量的10.4%;棉田景观和裸地景观的含盐量居第3 位, 均为9.5%;草地景观的含盐量最小, 占总盐量的7.8%。
2.2 各景观类型土壤盐分离子含量分析
6 类景观类型的阴阳离子中, 灌木林景观中各盐分离子的含量为Cl->K+、Na+>SO42->CO32->HCO3->Ca2+>Mg2+;水域景观中各盐分离子的含量:Cl->K+、Na+>HCO3->SO42->CO32->Ca2+>Mg2+;草地景观中, 各盐分离子含量大小为Cl->K+、Na+>SO42->HCO3->Ca2+>Mg2+>CO32-; 芦苇湿地景观中, 各盐分离子含量大小为Cl->K+、Na+>SO42->HCO3->Ca2+>CO32->Mg2+;棉田景观中, 各盐分离子含量为Cl->K+、Na+>HCO3->CO32->Ca2+>SO42->Mg2+;裸地景观中盐分离子含量的大小关系为Cl->K+、Na+>SO42->HCO3->Mg2+>CO32->Ca2+。 由图3 可知, 各景观类型土壤盐分离子中, Cl-含量最高, K+、Na+次之, 灌木林景观土壤盐分离子中CO32 -和HCO3-含量基本相等, 水域景观中SO42 -和HCO3-的含量相差不大, Mg2+含量最少, 为0.36 g/kg, 草地景观中CO32-和Mg2+含量最少, SO42-和HCO3-含量持平, 裸地景观中, Ca2+和CO32-含量基本相等, 裸地景观中Ca2+含量最低, 草地景观中CO3-含量最低。
2.3 土壤盐分离子在不同景观中的分布
土壤盐分离子含量在各类景观类型中, CO32-含量为灌木林景观>芦苇湿地景观>裸地>水域>棉田>草地;HCO3-含量为灌木林景观>草地>芦苇湿地>棉田>水域>裸地;Mg2+含量为芦苇湿地>灌木林景观>草地景观>水域景观>棉田景观>裸地景观;Cl-含量为灌木林景观>芦苇景观>草地景观>裸地景观>棉田景观>水域景观;Ca2+含量为灌木林景观>芦苇湿地>草地景观>裸地景观>棉田景观>水域景观;K+、Na+含量为灌木林景观>芦苇湿地>草地景观>裸地景观>棉田景观>水域景观;SO42-含量为灌木林景观>芦苇湿地景观>草地景观>裸地景观>水域景观>棉田景观。从图4可以看出:Cl-和Ca2+以及K+、Na+的含量在各景观土壤中体现为一致性;在芦苇湿地景观中Mg2+含量最高。
3结论
研究结果表明, 各景观类型的土壤含盐量:水域景观>灌木林景观>芦苇湿地>棉田和裸地景观>草地景观。各景观类型土壤盐分离子分布情况:Cl-含量最高, K+、Na+次之。各土壤盐分离子在各景观中分布情况:灌木林景观中Cl-、K+、Na+、SO42-、HCO3-、Ca2+、CO32-含量均为最高, 芦苇湿地景观中Mg2+含量最高。
参考文献
[1]楚新正, 张素红.景观边缘带性质、功能及动态变化的初步研究:以绿洲边缘带为例[J].新疆师范大学学报 (自然科学版) , 2002 (3) :50-54.
[2]毋兆鹏, 金海龙, 王范霞.艾比湖退化湿地的生态恢复[J].水土保持学报, 2012 (3) :211-215.
[3]郭双双, 王勇辉.艾比湖流域风沙土盐分特征分析[J].干旱地区农业研究, 2013 (5) :196-199.
[4]王勇辉, 郭双双, 海米提·依米提.精河河下游河岸带土壤养分与盐分特征分析[J].干旱地区农业研究, 2013 (3) :133-138.
[5]吉力力·阿不都外力, 徐俊荣, 穆桂金, 等.艾比湖盐尘对周边地区土壤盐分及景观变化的影响[J].冰川冻土, 2007 (6) :928-939.