七星河湿地不同恢复方式对土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liweitxwd147
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湿地作为人类社会赖以生存和发展的重要自然资源,在存储碳氮、调节气候\涵养水源、保护物种多样性及维护区域生态安全等方面具有重要作用。七星河湿地(132°5′-132°26′E,46°40′-46°52′N)是东北三江平原具有代表性和典型性的湿地,20世纪50年代,湿地开垦使其面积锐减,湿地景观破碎化。2002年实施退耕工程,主要采取了自然恢复和人工恢复两种方式。研究地位于七星河湿地国家级自然保护区的实验区,分别于2017年和2018年对不同恢复方式下湿地土壤碳氮磷含量及计量特征、枯落物分解与土壤碳氮磷间的相互关系进行了研究。主要结果如下:(1)七星河湿地土壤有机碳(SOC)含量介于18.11 g·kg-1-54.73 g·kg-1,全氮(TN)为2.09 g·kg-1-3.89 g·kg-1,全磷(TP)为0.44 g·kg-1-1.91 g·kg-1。参照全国土壤碳氮磷含量分级标准,湿地土壤SOC含量达到Ⅰ级和Ⅱ级标准,SOC养分状态良好,TN处于极好状态,TP含量处于中等到极好的状态。总体上,退耕湿地SOC含量高于天然湿地,有利于植被恢复生长。TP含量在春、夏季低于秋季,与处于生长旺盛期的植物对磷素的需求量大有关。硝态氮和铵态氮含量呈负相关的变化趋势,在季节间和湿地间的变化体现出有利于植物生长的特点。总体上,天然湿地SOC、TN含量变异性偏小,说明天然湿地在碳氮含量和代谢上较稳定,退耕湿地处于恢复阶段,土壤养分处于动态调整状态。土壤元素含量的变异性表现为秋季较小,春、夏季节植物生长旺盛,土壤中C、N、P元素在植物和土壤之间的代谢活跃,秋季地表植物生长进入成熟期,对土壤中养分的吸收减弱,土壤中C、N、P含量变化较小。(2)七星河湿地土壤C:N:P(摩尔比)介于112:11.5:1-163:15:1,接近于我国土壤平均C:N:P(134:9:1),碳含量丰富。天然湿地的C:N:P值在年度间的变化小于退耕湿地的,体现出天然湿地C、N、P间关系的相对稳定性。湿地C:N低于全国C:N(18.22),土壤的养分代谢是促进有效养分增加。C:P值介于10.27-78.76,湿地磷的有效性高,其中人工恢复方式下土壤C:P普遍低于天然湿地和自然恢复湿地,该恢复方式提高了磷的有效性。湿地N:P低于全国水平(13.60),湿地土壤在N、P供给方面受N的限制,其中天然湿地受N限制程度较大,自然恢复湿地较小。湿地碳氮磷含量及计量比的变异性均处于中等变异,2017和2018年湿地土壤C:P、N:P的相关性均为极显著的正相关(P<0.01),体现出湿地土壤C、N、P代谢和平衡的紧密关系。退耕湿地C、N、P计量比之间的相关性比天然湿地元素计量比的相关性弱,说明天然湿地C、N、P间作用关系相对稳定,而退耕湿地C、N、P间的作用变异较大,与退耕湿地养分的动态调整有关。(3)七星河湿地枯落物SOC、TN呈净释放状态,TP表现为富集。枯落物分解释放的SOC对土壤影响明显,这同土壤C:N与枯落物SOC初始含量呈极显著正相关相符合(P<0.01)。天然湿地土壤SOC增加率最高,为146.99%,这同天然湿地枯落物SOC释放量与土壤SOC增加量呈极显著正相关吻合(P<0.01)。退耕湿地枯落物SOC释放量与土壤SOC增加量呈显著正相关(P<0.05),人工恢复湿地SOC增加率达110.47%,自然恢复湿地达81.77%,人工恢复种植杨树比自然植被恢复土壤SOC积累的快,湿地土壤有机质的积累与枯落物归还具有直接关系。湿地枯落物氮素分解为净释放,土壤TN净积累变化不显著,说明土壤中氮素除来源于枯落物分解归还外,还与植物吸收作用、大气氮沉降、水分条件、垂直淋失、融雪补给等多种因素有关,体现出土壤氮素代谢的复杂性。枯落物TP呈现富集现象,自然恢复湿地磷素富集高于人工恢复和天然湿地,枯落物中磷素含量与分解时间有关,本研究中枯落物TP的监测时间处于其富集阶段。(4)七星河湿地在2017年秋至2018年春枯落物碳氮磷含量及计量比、分解率变异性呈弱到中等变异,说明枯落物C、N、P分解代谢较稳定。从湿地土壤碳氮磷含量变化的总体情况看,天然湿地的变异性偏小,而恢复湿地的动态调整大于天然湿地,说明湿地恢复需经长期调整以达到最佳恢复状态。
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