【摘 要】
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三江湿地自然保护区是东北地区重要的湿地资源,对于东北地区生态环境保护,水源涵养和生物多样性稳定具有重要意义。长期来该地区由于受到自然因素和人为因素的干扰,导致湿地综合生态效益下降,土壤肥力流失和生态系统功能衰退。为了保护逐渐丧失的湿地,从上世纪90年代开始,在该区开展了大规模的湿地生态恢复工程。退耕还湿等生态措施的开展,使得该区湿地土壤环境和生产力得到了大幅度提升。但是农田恢复成湿地后,水分和养分
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
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三江湿地自然保护区是东北地区重要的湿地资源,对于东北地区生态环境保护,水源涵养和生物多样性稳定具有重要意义。长期来该地区由于受到自然因素和人为因素的干扰,导致湿地综合生态效益下降,土壤肥力流失和生态系统功能衰退。为了保护逐渐丧失的湿地,从上世纪90年代开始,在该区开展了大规模的湿地生态恢复工程。退耕还湿等生态措施的开展,使得该区湿地土壤环境和生产力得到了大幅度提升。但是农田恢复成湿地后,水分和养分条件发生变化,恢复湿地兼有农田与湿地双重环境特征。在该地区夏季和秋季经常会面淹水和落干胁迫,在深秋初春频繁的冻融作用加剧了湿地养分循环。恢复湿地初期土壤无机磷含量高,在冻融循环作用和干湿交替作用胁迫下是否增加磷的移动性,目前不得而知。本研究基于室内模拟实验,研究了冻融循环(不同频次和起始含水量)和干湿交替(不同频次和干旱程度)作用对恢复湿地土壤的物理性质、化学性质和微生物的影响,并识别了影响恢复湿地土壤磷形态的关键驱动因子。得到的主要研究结论如下:1、冻融循环造成恢复湿地土壤团聚体磷形态的再分配,土壤团聚体有机碳的降低是磷组分在团聚体中迁移的关键影响因素,解释了土壤团聚体磷形态39.6%的变化。冻融循环作用活化了土壤磷形态,加速了土壤磷素的矿化过程,在冻融循环期间,饱和含水量处理降低了土壤磷的移动性,从而降低了磷形态相互转化的风险。2、干湿交替过程会造成土壤磷形态发生动态变化,造成有效磷含量下降,潜在移动态磷含量增加,能够造成不稳定无机磷的含量向有机磷转化。不同干旱程度导致恢复湿地土壤磷的移动性和矿化过程不同,正常降雨和极端干旱情况下增加了土壤磷的潜在移动风险,磷的矿化过程并没有受到明显的影响,中等干旱情况下加快了磷的矿化过程。3、在冻融循环过程中土壤细菌多样性和丰富度在冻融初期呈现显著下降趋势,饱和含水情况下细菌的丰富度和多样性迅速恢复到一个相对较高的水平,田间持水情况下的细菌多样性和丰富度虽然有所恢复,但保持了较低的水平。冻融循环过程对细菌群落丰富度和多样性的影响田间持水量要大于饱和含水量,造成土壤细菌功能变化也有所差异。冻融循环过程中土壤有机碳的动态变化是造成细菌变化的主要因素,解释了细菌群落43.2%的变化。4、干湿交替作用显著增加了土壤细菌的丰富度,显著降低了正常降雨处理和极端干旱处理的土壤细菌的多样性,增加了中等干旱程度处理的土壤细菌多样性。正常降雨处理和极端干旱处理群落结构发生显著变化,中等干旱程度情况下细菌群落并没有显著变化,但是中等干旱处理的土壤细菌功能受到影响程度要远大于其他两种情况。在干湿交替过程中总氮和土壤有机碳的变化显著影响了土壤细菌群落的变化,二者解释率达到90.7%。5、土壤总氮和细菌多样性的变化是影响磷形态变化的主要影响因素,解释了磷形态69.5%的变化。我们推测冻融循环过程中微生物的氮矿化过程是造成磷形态变化的重要驱动力。干湿交替过程中土壤有机碳和总氮的变化是影响磷形态变化的主要原因,解释了磷形态74.4%的变化。我们推测干湿交替过程中土壤有机质的分解是造成磷形态变化的关键驱动因素。综上所述,冻融循环和干湿交替作用能够加剧恢复湿地初期土壤磷素的不稳定性,在深秋和早春,应增加湿地淹水,增加土壤养分,减缓土壤氮矿化过程,在夏季和秋季应当注重建设径流调控和侵蚀阻控技术,防止水土流失,增加土壤有机质,保水保肥,减小由于自然条件的变化对磷形态的影响。
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