干旱區(qū)不同沼澤濕地類型土壤有機(jī)碳分布特征及其影響因素

陳濤

摘要：以干旱區(qū)濕地為研究對(duì)象，對(duì)草本沼澤、季節(jié)性咸水沼澤和內(nèi)陸鹽沼3種類型濕地的土壤有機(jī)碳分布特征及其影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，草本沼澤、季節(jié)性咸水沼澤以及內(nèi)陸鹽沼0～100 cm土層的土壤有機(jī)碳含量分別為1.19～49.03、1.62～101.14、2.61～23.77 g/kg，其中，季節(jié)性咸水沼澤有機(jī)碳含量顯著高于草本沼澤;草本沼澤土壤有機(jī)碳含量與土壤水分、全氮、N/P呈顯著正相關(guān)，季節(jié)性咸水沼澤濕地土壤有機(jī)碳含量與土壤水分、容重、全氮和N/P均呈顯著正相關(guān)，與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，內(nèi)陸鹽沼土壤有機(jī)碳含量與全氮呈極顯著正相關(guān)。結(jié)合主成分分析，3種濕地類型主成分F1貢獻(xiàn)率最高，且與土壤水分高度相關(guān)。證明土壤水分是影響土壤有機(jī)碳積累的關(guān)鍵主導(dǎo)因素。

關(guān)鍵詞：干旱區(qū)濕地;土壤有機(jī)碳;分布特征;土壤水分;沼澤濕地

中圖分類號(hào)：S153.6? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）18-0054-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.18.011 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Distribution characteristics of soil organic carbon and its influencing factors

in different swamp wetland types in arid region

CHEN Tao

（College of Geography and Environmental Science， Northwest Normal University， Lanzhou? 730070， China）

Abstract： Taking wetlands in arid areas as the research object， the distribution characteristics and influencing factors of soil organic carbon in three types of wetlands： Herb marshes， seasonal salt-water marshes and inland salt marshes were studied. The results showed that the soil organic carbon content of the 0～100 cm soil layer of herbaceous marsh， seasonal saltwater marsh and inland salt marsh were 1.19～49.03， 1.62～101.14， 2.61～23.77 g/kg， respectively. The organic carbon content of seasonal saltwater marshes was significantly higher than that of herbaceous marshes; The soil organic carbon content of herbaceous marshes was significantly positively correlated with soil moisture， total nitrogen， and N/P. Seasonal saltwater the soil organic carbon of marsh wetlands was significantly correlated with soil moisture， bulk density， total nitrogen and N/P， and pH showed a very significant negative correlation. Inland salt marsh soil organic carbon was significantly correlated with total nitrogen was extremely significant positive correlation. Combined with the principal component analysis， three types of wetland F1 contribution rate was highly correlated with soil moisture. It was proved that soil moisture was the key leading factor affecting the accumulation of soil organic carbon.

Key words： arid wetland; soil organic carbon; distribution characteristics; soil moisture; marsh wetland

濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，盡管其面積僅占地球陸地面積的3%，但是有機(jī)碳儲(chǔ)量卻達(dá)到了陸地生態(tài)系統(tǒng)總量的30%，相當(dāng)于100年礦石燃料的CO2釋放量[1]。濕地生態(tài)系統(tǒng)通過固存和釋放生物圈中大部分氣態(tài)碳來調(diào)節(jié)全球的氣候變化[2]。研究表明，過去20年間全球土壤呼吸釋放的碳以0.1 Pg/年的速率增加，雖無法證實(shí)土壤碳庫(kù)出現(xiàn)了凈損失，卻反映出氣候變化情形下土壤有機(jī)碳分解的速率在加快[3]，而濕地是全球碳循環(huán)的重要組成部分，它們對(duì)氣候變化的響應(yīng)將對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過程和全球氣候反饋產(chǎn)生重要影響[4]。因此，研究濕地土壤有機(jī)碳分異特征及其關(guān)鍵影響因子，對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和分析全球碳循環(huán)過程對(duì)氣候變化的響應(yīng)具有重要意義。

近年來，國(guó)內(nèi)外已開展了不同濕地類型的土壤有機(jī)碳研究。在國(guó)外，主要集中在潮汐濕地、內(nèi)陸濕地等類型的研究。Hinson等[5]研究了美國(guó)大陸潮汐濕地土壤有機(jī)碳的空間分布，估算出潮汐濕地土壤中0～100 cm總有機(jī)碳儲(chǔ)量為1 153～1 359 Tg;Carnell等[6]估算出澳大利亞東南部維多利亞州的6種內(nèi)陸濕地類型1 m以上土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為6 800萬t，年土壤固碳率為300萬t CO2當(dāng)量。在國(guó)內(nèi)，重點(diǎn)集中在濱海濕地、沼澤濕地、河口濕地及高寒濕地等類型的研究。Zhao等[7]研究了黃河三角洲不同水和鹽度調(diào)節(jié)下的濱海濕地土壤有機(jī)碳含量，表明水鹽調(diào)節(jié)措施可有效增加濱海濕地的土壤碳儲(chǔ)量;Ma等[2]對(duì)若爾蓋高寒濕地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和空間分布格局進(jìn)行了研究，表明濕地土壤1 m深度有機(jī)碳儲(chǔ)量總計(jì)為514 Tg C，其中50%儲(chǔ)存在0.3 m深度，平均有機(jī)碳密度為69.5 kg C/m3，為中國(guó)平均濕地有機(jī)碳密度的3倍，全國(guó)平均值的6倍。

干旱區(qū)濕地是西北荒漠中寶貴的綠洲，在國(guó)內(nèi)濕地中占有較大比重[8]，多分布于生態(tài)環(huán)境敏感地帶，其生態(tài)系統(tǒng)與荒漠基質(zhì)關(guān)系密切，是荒漠中的生物多樣性中心[9]，對(duì)綠洲萎縮、河岸林銳減、草場(chǎng)退化、荒漠化具有一定的抑制作用，并維持著干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)平衡[10]。干旱區(qū)濕地不僅是重要的水源涵養(yǎng)地，也是許多珍稀動(dòng)物的棲息地，對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂蚓哂胁豢珊鲆暤恼{(diào)節(jié)作用，但其生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)敏感脆弱，恢復(fù)能力差，一旦遭受到破壞很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)[11]。干旱區(qū)濕地有機(jī)碳以往的研究主要集中在新疆艾比湖、巴音布魯克天鵝湖、北疆鹽湖、內(nèi)蒙古烏梁素海等湖泊濕地[12-16]，黑河中游河流濕地[17]以及敦煌陽關(guān)沼澤濕地[18]等類型，但大多是針對(duì)單一的濕地類型所開展的相關(guān)研究，較少涉及多種類型的比較。因此，有必要對(duì)干旱區(qū)不同濕地類型土壤有機(jī)碳含量及碳密度進(jìn)行深入研究。

干旱區(qū)分布有大量呈斑塊狀的沼澤濕地，大多是由湖泊萎縮或在河灘地、廢棄河段等部位形成，是干旱區(qū)重要的濕地類型之一，同時(shí)也是干旱區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)主要的碳庫(kù)來源[9]。因此，以干旱區(qū)3種常見的沼澤濕地類型作為研究對(duì)象，本研究分析比較了不同沼澤濕地類型土壤有機(jī)碳的含量及碳密度的分異特征，并探討其主要影響因素，以期為干旱區(qū)沼澤濕地的保護(hù)及土壤碳庫(kù)的管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)濕地介于92°20′E—100°20′E，38°09′N—42°48′N，位于疏勒河中下游，甘肅省西北部，阿爾金山、馬鬃山和祁連山之間。東臨張掖市和內(nèi)蒙古自治區(qū)，西臨新疆維吾爾自治區(qū)，南臨青海省，北臨內(nèi)蒙古自治區(qū)（圖1）。屬大陸性干旱氣候區(qū)，干燥寒冷，降水稀少。年平均氣溫3～6 ℃，年平均降雨量37～176 mm，年平均蒸發(fā)量2 005～3 524 mm，全年無霜期為131～177 d。夏季干熱而較短暫，冬季寒冷而較漫長(zhǎng)。研究區(qū)地勢(shì)西南高、東北低。南部的祁連山脈是3 000～5 000 m的高山群，是該研究區(qū)的河流發(fā)源地。山間有蘇干湖、西湖等盆地以及眾多小盆地和布隆吉、敦煌平原，海拔1 000～1 800 m。濕地土壤主要由沼澤土構(gòu)成。優(yōu)勢(shì)種為蘆葦（Phragmites communis）;伴生種有賴草（Leymus secalinus）、黑果枸杞（Lycium ruthenicum Murr.）、鹽爪爪（Kalidium foliatum）、香蒲（Typha orientalis Presl）、梭梭（Haloxylon ammodendron）、駱駝刺（Alhagi sparsifolia）、胡楊（Populus euphratica）、水麥冬（Triglochin palustre）、芨芨草（Achnatherum splendens）、多枝檉柳（Tamarix ramosissima Lcdcb）、蒲公英（Taraxacum mongolicum）等。本研究選取了3種不同濕地類型，其中，草本沼澤包括渥洼池濕地（WWC）、雙塔（ST）、北石河（BCH）;季節(jié)性鹽沼包括大蘇干湖（DS）、八棱墩（BS）、雙泉子（SQ）以及新壩（XB）;內(nèi)陸鹽沼以鹽池灣（YCH）濕地為代表。

2 研究方法

2.1 土壤樣品的采集和處理

依據(jù)濕地分類標(biāo)準(zhǔn)和采樣方法[19]，2016年8月對(duì)3種類型的濕地分別進(jìn)行了采樣，分別在渥洼池濕地、雙塔、北石河、大蘇干湖、八棱墩、雙泉子以及新壩、鹽池灣設(shè)置樣地進(jìn)行采樣。每個(gè)樣地設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方，去掉表面的枯枝落葉，依據(jù)優(yōu)勢(shì)種蘆葦根系的分布情況，在每個(gè)樣方內(nèi)沿對(duì)角線，用土鉆分層鉆取0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共6層的土層深度，用土鉆進(jìn)行分層采樣，采集的樣品用自封袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。

將土壤樣品去除雜質(zhì)后放置在通風(fēng)處陰干，研缽研磨后過0.25 mm和0.15 mm篩，密封低溫保存。土壤水分采用烘干法測(cè)定，容重采用環(huán)刀法測(cè)定，鹽分采用質(zhì)量法測(cè)定，pH用酸度計(jì)測(cè)定，土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon，SOC）含量采用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測(cè)定，總氮（Total nitrogen，TN）含量采用凱氏法測(cè)定，全磷（Total phosphorus，TP）含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定。

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、Pearson相關(guān)性分析和主成分分析，Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同濕地類型土壤有機(jī)碳的分布特征

由圖2可知，在0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層，土壤有機(jī)碳含量分布規(guī)律為季節(jié)性咸水沼澤>內(nèi)陸鹽沼>草本沼澤。草本沼澤表層（0～10 cm）土壤有機(jī)碳含量最高，隨著土層深度的增加有機(jī)碳含量降低，呈倒金字塔分布;季節(jié)性咸水沼澤土壤有機(jī)碳含量變化幅度較大，呈先減少后增加再減少的趨勢(shì)，在60～80 cm土層含量最高;內(nèi)陸鹽沼土壤有機(jī)碳含量呈先增加再減少的趨勢(shì)，有機(jī)碳富集于10～20 cm土層。內(nèi)陸鹽沼和草本沼澤土壤有機(jī)碳含量隨著土層深度的增加而減少明顯，整體上呈表聚性分布特征。3種濕地類型以內(nèi)陸鹽沼變化幅度最大，草本沼澤次之，季節(jié)性咸水沼澤最低。同種類型濕地土壤有機(jī)碳剖面變化幅度較為均勻。

研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量變化具有較大的空間異質(zhì)性，不僅體現(xiàn)在不同濕地類型間的變異，同一類型濕地不同土層土壤有機(jī)碳含量亦存在較大差異。在0～100 cm土層中，草本沼澤土壤有機(jī)碳含量變化范圍為1.19～49.03 g/kg，季節(jié)性咸水沼澤有機(jī)碳含量變化范圍為1.62～101.14 g/kg，內(nèi)陸鹽沼有機(jī)碳含量變化范圍為2.61～23.77 g/kg（表1）。3種濕地類型中季節(jié)性咸水沼澤變異系數(shù)最大，達(dá)30%，草本沼澤變異系數(shù)最小，最大值為15%，最小值為10%，僅草本沼澤與季節(jié)性咸水沼澤土壤有機(jī)碳含量在0～100 cm土層差異顯著，季節(jié)性咸水沼澤與內(nèi)陸鹽沼之間土壤有機(jī)碳含量無顯著差異（圖2）。

3.2 濕地土壤有機(jī)碳的影響因素

3.2.1 土壤含水量對(duì)有機(jī)碳含量的影響 草本沼澤、季節(jié)性咸水沼澤、內(nèi)陸鹽沼0～100 cm土層含水量變化范圍分別為0.36%～81.54%、5.97%～160.84%和0.31%～47.29%（表2），3種濕地的各層平均含水量如表3所示。草本沼澤含水量總體呈先增加再減少的趨勢(shì)，在40～60 cm土層含水量最高。季節(jié)性咸水沼澤含水量變化小，內(nèi)陸鹽沼含水量隨著土層深度呈先增加再減少的趨勢(shì)，在40～60 cm土層含水量最高。其中，草本沼澤與季節(jié)性咸水沼澤各層平均土壤有機(jī)碳含量均與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)，說明土壤含水量顯著影響有機(jī)碳的分布。

3.2.2 土壤鹽分對(duì)有機(jī)碳含量的影響 由表4可知，季節(jié)性咸水沼澤20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層的土壤鹽分與有機(jī)碳含量呈顯著正相關(guān)，在一定范圍內(nèi)土壤有機(jī)碳含量與土壤鹽分表現(xiàn)一致。草本沼澤、季節(jié)性咸水沼澤、內(nèi)陸鹽沼0～100 cm土層土壤鹽分變化范圍分別為0.23～37.60、0.19～22.61、0.39～38.61 g/kg（表2）。各層的平均鹽分如表3所示，土壤鹽分含量除內(nèi)陸鹽沼0～10 cm和20～40 cm土層外，均表現(xiàn)為由表層向深層遞減的趨勢(shì)。其中，內(nèi)陸鹽沼0～100 cm各土層平均鹽分含量高于草本沼澤和季節(jié)性咸水沼澤。在野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)陸鹽沼地表有鹽殼分布，植物低矮，長(zhǎng)勢(shì)較差。鹽分也是影響土壤有機(jī)碳含量的內(nèi)在因素之一。

3.2.3 土壤容重對(duì)有機(jī)碳含量的影響 季節(jié)性咸水沼澤0～100 cm各土層中土壤有機(jī)碳含量與土壤容重呈極顯著正相關(guān)，草本沼澤和內(nèi)陸鹽沼2種濕地有機(jī)碳含量與容重相關(guān)性未達(dá)顯著水平（表4）。3種濕地類型0～10 cm土壤容重以內(nèi)陸鹽沼最低，為0.13 g/cm3，草本沼澤最高，為0.86 g/cm3，季節(jié)性咸水沼澤居中，為0.44 g/cm3（表3）。就整體土壤容重而言，草本沼澤>季節(jié)性咸水沼澤>內(nèi)陸鹽沼。同時(shí)草本沼澤與內(nèi)陸鹽沼土壤容重隨土層深度增加而增大，季節(jié)性咸水沼澤在10～20 cm土層容重最低，土壤容重與土壤有機(jī)碳分布規(guī)律一致。

3.2.4 土壤pH對(duì)有機(jī)碳含量的影響 草本沼澤、季節(jié)性咸水沼澤、內(nèi)陸鹽沼3種濕地類型土壤0～100 cm土層的pH變化范圍分別為7.00～8.92、6.32～9.03和7.66～8.89（表2）。季節(jié)性咸水沼澤0～100 cm土壤有機(jī)碳含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)（表4），表明土壤pH也是限制土壤有機(jī)碳含量的主要因子。

3.2.5 土壤總氮、全磷對(duì)有機(jī)碳含量的影響 草本沼澤、季節(jié)性咸水沼澤、內(nèi)陸鹽沼3種類型濕地0～100 cm層總氮含量變化范圍分別為0.18～4.62、0.19～5.09、0.24～1.63 g/kg，全磷含量變化范圍分別為0.06～0.62、0.04～0.63、0.09～0.54 g/kg（表2）?？偟兓厔?shì)除草本沼澤隨土層深度增加而減少外，季節(jié)性咸水沼澤與內(nèi)陸鹽沼呈先增加再減少的趨勢(shì)，與土壤有機(jī)碳變化趨勢(shì)相近（表3）。由表4可知，有機(jī)碳含量與土壤總氮均呈極顯著正相關(guān)，草本沼澤和季節(jié)性咸水沼澤的有機(jī)碳含量與N/P整體上呈顯著正相關(guān)，說明土壤有機(jī)碳含量受土壤總氮與N/P的制約，土壤總氮與N/P也是影響土壤有機(jī)碳含量的因子之一。

3.3 濕地土壤有機(jī)碳與環(huán)境因子的主成分分析

結(jié)合主成分分析，根據(jù)特征值大于1的原則提取了3個(gè)主成分，3種濕地類型的主成分如表5所示。草本沼澤的特征值分別為2.76、1.92和1.03，F(xiàn)1、F2和F3累計(jì)貢獻(xiàn)率為81.90%，能反映在河西走廊西部草本沼澤土壤有機(jī)碳與環(huán)境因子81.90%的信息，其中，F(xiàn)1的貢獻(xiàn)率為39.47%，與土壤水分和土壤總氮高度相關(guān)，F(xiàn)2貢獻(xiàn)率為27.71%，與土壤鹽分高度相關(guān)，F(xiàn)3貢獻(xiàn)率為14.72%，與土壤容重有較高的相關(guān)性。季節(jié)性咸水沼澤的特征值分別為4.26、1.29和0.92，F(xiàn)1的貢獻(xiàn)率為60.88%，與土壤水分、土壤總氮和土壤鹽分高度相關(guān)，F(xiàn)2與F3貢獻(xiàn)率分別為18.47%和13.14%，分別與土壤全磷和土壤容重相關(guān)性較明顯。內(nèi)陸鹽沼的特征值分別為4.31、1.90和0.51，F(xiàn)1的貢獻(xiàn)率為61.55%，與土壤pH、土壤水分和土壤鹽分高度相關(guān)，F(xiàn)2和F3的貢獻(xiàn)率分別為27.15%和7.58%，分別與土壤總氮和土壤全磷相關(guān)系數(shù)較高。3種濕地類型F1的貢獻(xiàn)率與土壤水分相關(guān)性較為明顯。

4 討論

4.1 研究區(qū)濕地土壤有機(jī)碳與其他地區(qū)濕地比較

草本沼澤、季節(jié)性咸水沼澤、內(nèi)陸鹽沼3種類型濕地0～100 cm土壤有機(jī)碳含量分別為1.19～49.03、1.62～101.42 g/kg和2.61～23.77 g/kg，其土壤有機(jī)碳含量的平均值分別為7.22、24.06、11.15 g/kg，均高于同處于內(nèi)陸干旱區(qū)的艾比湖濕地[20]和烏梁素海濕地[15]，與黑河中游濕地相近[17]，高于亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)的杭州灣濱海濕地[21]和崇明東灘濕地[22]，低于亞熱帶濕潤(rùn)地區(qū)的洞庭湖[23]、鄱陽湖[24]和閩江河口濕地[25]、洪湖沼澤濕地[26]，遠(yuǎn)低于處于溫帶濕潤(rùn)區(qū)的吉林東部[27]、小興安嶺[28]、三江平原沼澤濕地[29]和高原氣候區(qū)的若爾蓋泥潭濕地[30]、草海湖泊濕地[31]和納帕海濕地[32]（表6）。在大尺度的環(huán)境下，亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)的湖泊、河口濕地因溫暖、濕潤(rùn)的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候有利于植被的生長(zhǎng)并增加對(duì)土壤碳源的輸入，而黑河中游艾比湖濕地以及本研究區(qū)因干旱少雨的溫帶大陸性氣候，土壤碳的輸入量遠(yuǎn)低于亞熱帶地區(qū)。在更加寒冷的若爾蓋高原、三江平原和小興安嶺地區(qū)，低溫的條件下有利于有機(jī)碳的積累，有機(jī)碳分解速率會(huì)減慢，增加了有機(jī)鹽的積累，所以有機(jī)碳累積量比干旱區(qū)濕地多。氣候、植被的覆蓋度、水文條件和成土狀況都影響土壤有機(jī)碳的積累，在小范圍上主要受植被覆蓋度和水文條件的影響[26]。

在本研究中，草本沼澤與季節(jié)性咸水沼澤不同土層土壤有機(jī)碳含量差異顯著。草本沼澤濕地表層0～10 cm土壤有機(jī)碳含量最高，最小值在80～100 cm土層，40～60 cm土層的土壤有機(jī)碳含量高于20～40、60～80 cm土層。季節(jié)性咸水沼澤和內(nèi)陸鹽沼土壤有機(jī)碳含量分布最大值分別在60～80 cm和10～20 cm土層。洪湖濕地草本沼澤土壤有機(jī)碳含量最大值出現(xiàn)在0～15 cm土層，最小值出現(xiàn)在45～60 cm土層[27]。土壤有機(jī)碳在垂直方向上的分布主要受生物殘?bào)w（凋落物和植物殘根）腐解歸還的影響[16]。這恰好說明了根系的分布也直接影響了土壤有機(jī)碳含量的垂直分布，大量的根系分解可以為土壤提供豐富的碳源[33]。隨著土層深度的增加根系植物的碎屑在土壤中的位置越來越深，其分解速率越低，土壤有機(jī)碳的積累量越高[34]。研究區(qū)處于西北內(nèi)陸干旱區(qū)，降雨量少而蒸發(fā)量大，濕地的水分來自季節(jié)性河流和地下水補(bǔ)給，季節(jié)性差異大，水文和氣候條件影響土壤的呼吸速率，使表層土壤暴露在空氣中的礦化速率增加[20]，增加了有機(jī)碳的消耗，底層有機(jī)質(zhì)減少和發(fā)達(dá)根系影響土壤有機(jī)碳的積累，改變了濕地土壤有機(jī)碳的分布規(guī)律，使表層有機(jī)碳含量低于底層[35]。

4.2 研究區(qū)3種類型濕地土壤有機(jī)碳分布的影響因子

土壤有機(jī)碳含量取決于有機(jī)質(zhì)的輸入與輸出，有機(jī)碳的輸入來源主要是有機(jī)質(zhì)和凋落物的分解，而輸出主要是因?yàn)槲⑸锏姆纸庾饔?，一切可以影響有機(jī)碳積累和分解作用的因素都會(huì)影響有機(jī)碳的分布[17]。水分是生物生存的必要條件，是土壤中的主要組成物質(zhì)，也是影響土壤肥力的重要因素之一[36]。本研究區(qū)的草本沼澤和季節(jié)性咸水沼澤2種類型濕地的有機(jī)碳含量與土壤水分呈顯著正相關(guān)，土壤水分能解釋研究區(qū)0～100 cm土層土壤有機(jī)碳含量的變異。因此，土壤水分也是影響濕地土壤碳含量積累的重要因素，這與已有的研究結(jié)果一致[24]，水分是生物生存的必要條件，影響了植被的分布、覆蓋度以及生物量。生物量和覆蓋度的減小也會(huì)影響土壤有機(jī)碳的輸入，植物的殘?bào)w通過生物的分解作用回歸土壤，使土壤碳含量增加[34]。季節(jié)性咸水沼澤和草本沼澤的水分和土壤有機(jī)碳含量的變化一致。在河西走廊西部高溫、長(zhǎng)期干旱的氣候環(huán)境下，土壤水分含量低，好氧型微生物活躍，有機(jī)碳的分解量增加，其土壤無機(jī)碳含量相應(yīng)增加，因此在較大程度上水分決定著研究區(qū)土壤有機(jī)碳的含量[37]。

土壤鹽分是限制植被類型的重要因素，也是影響土壤微生物活性的限制因素[38]。不論是濱海濕地還是干旱區(qū)濕地，鹽分都是較為重要的指標(biāo)之一，鹽分越高，土壤的結(jié)構(gòu)越差，保水保肥的能力也就越差[18]。研究表明，濱海地區(qū)不同類型濕地土壤有機(jī)碳含量與鹽分呈不同的關(guān)系，新生的濱海濕地土壤有機(jī)碳含量與鹽分呈正相關(guān)[39]，張劍等[18]研究表明土壤有機(jī)碳與鹽分呈負(fù)相關(guān)，而有內(nèi)陸區(qū)域的濕地土壤有機(jī)碳含量與土壤鹽分不相關(guān)[17]。本研究得到土壤鹽分與土壤有機(jī)碳含量呈正相關(guān)，研究區(qū)部分采樣地表層鹽分含量較高，表聚現(xiàn)象明顯，鹽分通過影響植物長(zhǎng)勢(shì)和微生物的活性來影響土壤有機(jī)碳的輸入與輸出。蘆葦植物對(duì)鹽濃度和溫度的適應(yīng)生態(tài)幅較廣[40]，本研究調(diào)查表明內(nèi)陸鹽沼蘆葦鹽分含量過高會(huì)影響其長(zhǎng)勢(shì)，進(jìn)而限制了土壤中有機(jī)殘?bào)w腐解輸入與周轉(zhuǎn)，濃度過高會(huì)對(duì)蘆葦生長(zhǎng)造成嚴(yán)重的影響，是蘆葦生長(zhǎng)的限制因子，也是土壤有機(jī)碳積累的重要影響因子。

土壤容重也是衡量土壤物理性質(zhì)的指標(biāo)之一，與當(dāng)?shù)氐乃疅釛l件有著一定的關(guān)系，土壤容重可以反映有機(jī)質(zhì)含量的高低和土壤的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，也可以衡量土壤的持水性能和蓄水性能[30]。研究區(qū)濕地草本沼澤濕地40～60 cm土層的有機(jī)碳含量與土壤容重呈顯著正相關(guān)，季節(jié)性咸水沼澤濕地的有機(jī)碳含量與土壤容重呈極顯著正相關(guān)。這與有些研究結(jié)果不一致[12]， 但也有研究表明濕地土壤有機(jī)碳含量與土壤容重呈指數(shù)相關(guān)和正相關(guān)[29]，與本研究區(qū)結(jié)果相似。與三江平原沼澤濕地[29]（0～60 cm土壤容重0.70～0.87 g/cm3、土壤有機(jī)碳含量96～184 g/kg）相比，本研究區(qū)表層土壤有機(jī)碳含量較低，持水性和蓄水能力較低，這與西北干旱區(qū)濕地真實(shí)土壤環(huán)境相符合。

土壤pH通過影響微生物的活性來影響有機(jī)碳的積累[21]，是影響有機(jī)碳積累的因素之一。一般條件下土壤微生物適宜的pH在5.5～8.5，過高和過低的pH都會(huì)導(dǎo)致微生物的活性受到抑制，從而導(dǎo)致有機(jī)碳分解速率的下降[34]。土壤pH還可以通過微生物影響對(duì)土壤碳氮的固定和累積能力，是影響有機(jī)碳和總氮空間分布的環(huán)境因子之一[17]。研究區(qū)0～100 cm土層的pH大部分大于8，土壤呈弱堿性，季節(jié)性咸水沼澤土壤碳和土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)，該結(jié)果與大多數(shù)干旱區(qū)內(nèi)研究結(jié)果相同[39]。

氮、磷是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的2種重要養(yǎng)分元素，是常見的限制性元素，是表征土壤肥力的重要指標(biāo)[41]。濕地的碳、氮、磷三者之間有密切的相互耦合關(guān)系，其含量能夠直接影響濕地的初級(jí)生產(chǎn)力。一般情況下，隨著有機(jī)碳含量的增加，土壤中氮和磷的含量也會(huì)隨之增加[42]，濕地中氮的主要來源是植物殘?bào)w的分解和植物及微生物的固氮作用和大氣沉降，土壤氮的輸出主要來源于植物殘?bào)w的分解[29]。土壤中的碳和氮一般是由微生物的作用相互聯(lián)系起來的，有機(jī)碳和全氮的變化特征一致[12]，在本研究中，3種類型的濕地中土壤有機(jī)碳與土壤全氮呈極顯著正相關(guān)，說明濕地土壤碳和氮是一種極顯著的耦合關(guān)系。土壤磷是一種限制植物生長(zhǎng)的元素，來源主要是由礦石的風(fēng)化和凋落物的分解歸還[41]。本研究區(qū)的土壤有機(jī)碳和全磷均無相關(guān)性。說明全磷的變化范圍較小，不是3種類型濕地的限制元素。

4.3 研究區(qū)3種類型濕地差異原因比較

研究區(qū)位于西北內(nèi)陸的干旱區(qū)，有機(jī)碳在大區(qū)域尺度上的變異性受氣候、成土母質(zhì)和水文條件影響大。小區(qū)域范圍內(nèi)，在氣候與母質(zhì)基本一致的情況下，會(huì)受到地形因素的影響，而地形因素主要通過水熱因子空間分布間接影響土壤有機(jī)碳的積累，研究區(qū)域位于河西走廊西部地區(qū)，地勢(shì)平坦，采樣區(qū)域地形變化小，多為濕地邊緣以及河漫灘。海拔也是影響土壤有機(jī)碳積累的另一重要因子。黃土高原地區(qū)天然草甸和伊犁山區(qū)的氣候變化、氣溫下降、海拔增加使得有機(jī)碳分解速率下降，更有利于有機(jī)碳積累[43，44]。研究區(qū)位于河西走廊西部敦煌市，海拔? ? 1 000～1 800 m，變化幅度較小，未得出海拔與土壤有機(jī)質(zhì)之間有顯著相關(guān)性，且同處西北內(nèi)陸干旱區(qū)，氣溫與降水間差異較小，致使地形因子對(duì)有機(jī)碳的影響不明顯。除此之外受植被類型影響明顯[45]，植被主要影響有機(jī)碳的輸入與輸出[34]。植被的發(fā)育程度也是影響土壤有機(jī)碳積累程度的重要條件之一。水分是影響植被發(fā)育程度的重要影響因子，季節(jié)性咸水沼澤由于靠近水源補(bǔ)給，濕地植物根系發(fā)達(dá)，生物量較大，有利于有機(jī)碳的積累，研究區(qū)濕地植物蘆葦為優(yōu)勢(shì)種，蘆葦具有高碳輸入-低碳輸出的特點(diǎn)[46]以及較高的生產(chǎn)力和耐鹽堿的特性，濕地處于較濕的水飽和狀態(tài)抑制了有機(jī)質(zhì)的分解[47]，土壤固碳效應(yīng)大。季節(jié)性漬水和水生植物殘?bào)w沉積效應(yīng)使得季節(jié)性咸水沼澤濕地土壤有機(jī)碳含量高于其他濕地[48]。研究區(qū)3種類型濕地優(yōu)勢(shì)種均為蘆葦，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)草本沼澤偷牧現(xiàn)象較嚴(yán)重，部分采樣點(diǎn)的蘆葦被啃食，影響植物的長(zhǎng)勢(shì)和土壤有機(jī)碳含量，放牧現(xiàn)象阻礙了植物殘?bào)w的歸還，低輸入使土壤中碳的含量較低。

研究區(qū)草本沼澤濕地因?yàn)樘幱谌祟惢顒?dòng)頻繁的地區(qū)，冰川融雪和地下水成為人類生產(chǎn)生活所需的重要水源地，影響了植物生長(zhǎng)旺季時(shí)需水情況，進(jìn)而影響了植被的生長(zhǎng)發(fā)育[45]，導(dǎo)致該地區(qū)土壤有機(jī)碳含量變化，使得草本沼澤有機(jī)碳含量低于季節(jié)性咸水沼澤。內(nèi)陸鹽沼采樣點(diǎn)沿著岸邊向濕地末端的方向土壤水分由38%下降到7.9%，受地勢(shì)和地下水埋深的影響，濕地土壤含水量總體偏低，大部分樣點(diǎn)低于20%，存在著一定的水分供應(yīng)短缺，水分影響了植被的分布及生物量，生物量的大小通常會(huì)影響土壤有機(jī)碳含量[18]，內(nèi)陸鹽沼土壤鹽分為0.39～38.61 g/kg，較高的鹽分含量抑制了植物根系的生長(zhǎng)，在實(shí)地調(diào)查中土壤鹽漬化現(xiàn)象明顯，表面多為鹽殼。季節(jié)性咸水沼澤和草本沼澤鹽分含量遠(yuǎn)低于內(nèi)陸鹽沼，結(jié)合實(shí)際調(diào)查，在內(nèi)陸鹽沼鹽漬化條件下，植物通過根系調(diào)整與權(quán)衡來適應(yīng)環(huán)境[40]。植物覆蓋度低也導(dǎo)致了有機(jī)碳的輸入降低，鹽分含量高也會(huì)影響微生物的活性，本研究中內(nèi)陸鹽沼與草本沼澤土壤N/P分別為2.14、1.38，遠(yuǎn)低于全國(guó)土壤? N/P[49，50]，土壤N/P低證明了內(nèi)陸鹽沼鹽堿土氮缺乏，所以在植被和土壤修復(fù)的過程中除了降低鹽分之外，也要注重氮肥的適量添加[51]。

4 小結(jié)

研究區(qū)3種類型濕地土壤有機(jī)碳含量有明顯差異，不同類型濕地土壤有機(jī)碳含量均為季節(jié)性咸水沼澤>內(nèi)陸鹽沼>草本沼澤。

通過相關(guān)性分析得到影響濕地土壤有機(jī)碳含量的影響因子有土壤水分、土壤pH、土壤鹽分、土壤容重、土壤總氮和N/P。土壤水分含量變化趨勢(shì)在草本沼澤和季節(jié)性咸水沼澤中與有機(jī)碳含量變化趨勢(shì)基本一致，有機(jī)碳含量變化主要受水分的影響。在主成分分析中，主成分F1中水分條件占主導(dǎo)因子，揭示了水分是不同類型濕地土壤有機(jī)碳的影響因子和主導(dǎo)因子，解釋了不同濕地土壤有機(jī)碳的差異性原因。因此，在氣候變暖，濕地萎縮、退化的背景下，必須要針對(duì)不同濕地含水量，合理開發(fā)用水，大力推廣節(jié)水技術(shù)和工程，使?jié)竦刭Y源可以合理利用，為今后進(jìn)一步研究保護(hù)濕地、改良濕地土壤提供了理論基礎(chǔ)。

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