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湿地因其巨大的生产功能和生态环境效益而被誉为“人类摇篮”、“生物基因库”和“自然之肾”,湿地生态系统也因此与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。
湿地发育于水体生态系统和陆地生态系统的过渡地带,水文过程是湿地的唯一决定性因子,控制着湿地土壤碳氮的赋存与转化。作为全球碳氮循环研究中的重要内容之一,湿地土壤碳氮一直备受湿地生态学家的关注。然而迄今为止,还未见关于水文周期对湿地土壤碳氮影响的研究报道。
滇西北横断山区的纳帕海湿地属低纬度、高海拔的高原湖泊湿地类型。纳帕海高原湿地的形成、发育与演化过程与平原湿地和若尔盖高原湿地有着显著差别,是我国湿地的独特类型,属于我国湿地研究的薄弱领域。
采用野外调查取样与室内实验分析相结合的方法,选取地下水位较低的草甸湿地和地下水位较高的沼泽化草甸湿地作为研究对象,分析了水文周期对湿地土壤有机质和氮素的影响。研究结果表明,草甸湿地和沼泽化草甸湿地均有其特定的水文周期特征,草甸湿地土壤的干湿交替现象较为明显。根据碳氮比判断湿地土壤有机质的来源得知湿地植物对湿地土壤有机质的贡献量相对较大。水文周期内,湿地土壤有机质和全氮含量在空间分布格局上差异显著,沼泽化草甸表层土壤有机质和全氮含量的变动幅度分别为45.23g/kg~75.62g/kg和1.48g/kg~2.87g/kg,而草甸湿地0~20cm表层土壤中有机质和全氮的含量则分别为25.70g/kg~42.38g/kg和1.07g/kg~1.40g/kg,在垂直空间上则呈现出由上到下逐渐减小的趋势。水文周期对湿地土壤有机质和氮素的赋存和转化有着重要的影响,水文周期驱动下,草甸湿地0~20cm表层土壤有机质和全氮呈不规则的“W”型变化模式,而在20~40cm下层土壤中则呈现不规则的“N”模式,沼泽化草甸湿地0~20cm表层和20~40cm下层土壤有机质和全氮均呈不规则的“N”型变化模式,对比分析水文周期驱动下的草甸和沼泽化草甸土壤有机质、全氮和水解氮含量的变异系数可以发现无论是湿地土壤有机质、全氮还是水解氮均表现出草甸湿地土壤的变异性要高于沼泽化草甸湿地,说明干湿交替作用有助于湿地土壤有机质和氮素的转化。8月份,湿地水位下降,无论是草甸湿地还是沼泽化草甸湿地土壤有效性氮素含量增加,土壤中大量的有效性氮素为流失准备了物质基础,8月后,随着降雨强度的增加,湖水再次上涨,土壤中的水解氮以及有机质分解释放出的养分进入水体,增加水体中氮营养的负荷,必须有效控制8月份湿地水位下降导致土壤有机质和氮素的转化释放及矿化分解对湿地生态系统产生的负面影响,因此需要采取工程措施,适当控制湿地水位波动,保持草甸湿地土壤处于过湿状态,避免过度的营养释放,维持生态系统的平衡。为了科学地控制湿地水位,需要深入对湿地水文的驱动规律进行研究,同时,加强湿地水位波动的定位跟踪监测,在湿地土壤发挥碳氮的“汇”的功能与湿地的物质生长功能“源”之间寻找平衡点,以期达到湿地的优化管理以及寻求湿地可持续发展的科学对策。