干旱区不同沼泽湿地类型土壤有机碳分布特征及其影响因素

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摘要：摘要：以干旱区湿地为研究对象，对草本沼泽、季节性咸水沼泽和内陆盐沼3种类型湿地的土壤有机碳分布特征及其影响因素进行了研究。结果表明，草本沼泽、季节性咸水沼泽以及内陆盐沼0～100 cm土层的土壤有机碳含量分别为1.19～49.03、1.62～101.14、2.61～23.7

　　摘要：以干旱区湿地为研究对象，对草本沼泽、季节性咸水沼泽和内陆盐沼3种类型湿地的土壤有机碳分布特征及其影响因素进行了研究。结果表明，草本沼泽、季节性咸水沼泽以及内陆盐沼0～100 cm土层的土壤有机碳含量分别为1.19～49.03、1.62～101.14、2.61～23.77 g/kg，其中，季节性咸水沼泽有机碳含量显著高于草本沼泽;草本沼泽土壤有机碳含量与土壤水分、全氮、N/P呈顯著正相关，季节性咸水沼泽湿地土壤有机碳含量与土壤水分、容重、全氮和N/P均呈显著正相关，与pH呈极显著负相关，内陆盐沼土壤有机碳含量与全氮呈极显著正相关。结合主成分分析，3种湿地类型主成分F1贡献率最高，且与土壤水分高度相关。证明土壤水分是影响土壤有机碳积累的关键主导因素。

　　关键词：干旱区湿地;土壤有机碳;分布特征;土壤水分;沼泽湿地

　　湿地是陆地生态系统的重要组成部分，尽管其面积仅占地球陆地面积的3%，但是有机碳储量却达到了陆地生态系统总量的30%，相当于100年矿石燃料的CO2释放量[1]。湿地生态系统通过固存和释放生物圈中大部分气态碳来调节全球的气候变化[2]。研究表明，过去20年间全球土壤呼吸释放的碳以0.1 Pg/年的速率增加，虽无法证实土壤碳库出现了净损失，却反映出气候变化情形下土壤有机碳分解的速率在加快[3]，而湿地是全球碳循环的重要组成部分，它们对气候变化的响应将对生态系统过程和全球气候反馈产生重要影响[4]。因此，研究湿地土壤有机碳分异特征及其关键影响因子，对准确地预测和分析全球碳循环过程对气候变化的响应具有重要意义。

　　近年来，国内外已开展了不同湿地类型的土壤有机碳研究。在国外，主要集中在潮汐湿地、内陆湿地等类型的研究。Hinson等[5]研究了美国大陆潮汐湿地土壤有机碳的空间分布，估算出潮汐湿地土壤中0～100 cm总有机碳储量为1 153～1 359 Tg;Carnell等[6]估算出澳大利亚东南部维多利亚州的6种内陆湿地类型1 m以上土壤有机碳储量为6 800万t，年土壤固碳率为300万t CO2当量。在国内，重点集中在滨海湿地、沼泽湿地、河口湿地及高寒湿地等类型的研究。Zhao等[7]研究了黄河三角洲不同水和盐度调节下的滨海湿地土壤有机碳含量，表明水盐调节措施可有效增加滨海湿地的土壤碳储量;Ma等[2]对若尔盖高寒湿地土壤有机碳储量和空间分布格局进行了研究，表明湿地土壤1 m深度有机碳储量总计为514 Tg C，其中50%储存在0.3 m深度，平均有机碳密度为69.5 kg C/m3，为中国平均湿地有机碳密度的3倍，全国平均值的6倍。

　　干旱区湿地是西北荒漠中宝贵的绿洲，在国内湿地中占有较大比重[8]，多分布于生态环境敏感地带，其生态系统与荒漠基质关系密切，是荒漠中的生物多样性中心[9]，对绿洲萎缩、河岸林锐减、草场退化、荒漠化具有一定的抑制作用，并维持着干旱区生态系统结构、功能和生态平衡[10]。干旱区湿地不仅是重要的水源涵养地，也是许多珍稀动物的栖息地，对当地的气候具有不可忽视的调节作用，但其生态系统相对敏感脆弱，恢复能力差，一旦遭受到破坏很难在短时间内恢复[11]。干旱区湿地有机碳以往的研究主要集中在新疆艾比湖、巴音布鲁克天鹅湖、北疆盐湖、内蒙古乌梁素海等湖泊湿地[12-16]，黑河中游河流湿地[17]以及敦煌阳关沼泽湿地[18]等类型，但大多是针对单一的湿地类型所开展的相关研究，较少涉及多种类型的比较。因此，有必要对干旱区不同湿地类型土壤有机碳含量及碳密度进行深入研究。

　　干旱区分布有大量呈斑块状的沼泽湿地，大多是由湖泊萎缩或在河滩地、废弃河段等部位形成，是干旱区重要的湿地类型之一，同时也是干旱区湿地生态系统主要的碳库来源[9]。因此，以干旱区3种常见的沼泽湿地类型作为研究对象，本研究分析比较了不同沼泽湿地类型土壤有机碳的含量及碳密度的分异特征，并探讨其主要影响因素，以期为干旱区沼泽湿地的保护及土壤碳库的管理提供科学依据。

　　1 研究区概况

　　研究区湿地介于92°20′E—100°20′E，38°09′N—42°48′N，位于疏勒河中下游，甘肃省西北部，阿尔金山、马鬃山和祁连山之间。东临张掖市和内蒙古自治区，西临新疆维吾尔自治区，南临青海省，北临内蒙古自治区(图1)。属大陆性干旱气候区，干燥寒冷，降水稀少。年平均气温3～6 ℃，年平均降雨量37～176 mm，年平均蒸发量2 005～3 524 mm，全年无霜期为131～177 d。夏季干热而较短暂，冬季寒冷而较漫长。研究区地势西南高、东北低。南部的祁连山脉是3 000～5 000 m的高山群，是该研究区的河流发源地。山间有苏干湖、西湖等盆地以及众多小盆地和布隆吉、敦煌平原，海拔1 000～1 800 m。湿地土壤主要由沼泽土构成。优势种为芦苇(Phragmites communis);伴生种有赖草(Leymus secalinus)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、香蒲(Typha orientalis Presl)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、胡杨(Populus euphratica)、水麦冬(Triglochin palustre)、芨芨草(Achnatherum splendens)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Lcdcb)、蒲公英(Taraxacum mongolicum)等。本研究选取了3种不同湿地类型，其中，草本沼泽包括渥洼池湿地(WWC)、双塔(ST)、北石河(BCH);季节性盐沼包括大苏干湖(DS)、八棱墩(BS)、双泉子(SQ)以及新坝(XB);内陆盐沼以盐池湾(YCH)湿地为代表。

　　2 研究方法

　　2.1 土壤样品的采集和处理

　　依据湿地分类标准和采样方法[19]，2016年8月对3种类型的湿地分别进行了采样，分别在渥洼池湿地、双塔、北石河、大苏干湖、八棱墩、双泉子以及新坝、盐池湾设置样地进行采样。每个样地设置3个1 m×1 m的样方，去掉表面的枯枝落叶，依据优势种芦苇根系的分布情况，在每个样方内沿对角线，用土钻分层钻取0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共6层的土层深度，用土钻进行分层采样，采集的样品用自封袋密封带回实验室进行处理。

　　将土壤样品去除杂质后放置在通风处阴干，研钵研磨后过0.25 mm和0.15 mm筛，密封低温保存。土壤水分采用烘干法测定，容重采用环刀法测定，盐分采用质量法测定，pH用酸度计测定，土壤有机碳(Soil organic carbon，SOC)含量采用重铬酸钾-硫酸外加热法测定，总氮(Total nitrogen，TN)含量采用凯氏法测定，全磷(Total phosphorus，TP)含量采用钼锑抗比色法测定。

　　2.2 数据处理

　　采用Excel 2010进行数据输入，SPSS 21.0统计软件对数据进行单因素方差分析、Pearson相关性分析和主成分分析，Origin 9.0软件进行绘图处理。

　　3 结果与分析

　　3.1 不同湿地类型土壤有机碳的分布特征

　　由图2可知，在0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土层，土壤有机碳含量分布规律为季节性咸水沼泽>内陆盐沼>草本沼泽。草本沼澤表层(0～10 cm)土壤有机碳含量最高，随着土层深度的增加有机碳含量降低，呈倒金字塔分布;季节性咸水沼泽土壤有机碳含量变化幅度较大，呈先减少后增加再减少的趋势，在60～80 cm土层含量最高;内陆盐沼土壤有机碳含量呈先增加再减少的趋势，有机碳富集于10～20 cm土层。内陆盐沼和草本沼泽土壤有机碳含量随着土层深度的增加而减少明显，整体上呈表聚性分布特征。3种湿地类型以内陆盐沼变化幅度最大，草本沼泽次之，季节性咸水沼泽最低。同种类型湿地土壤有机碳剖面变化幅度较为均匀。

　　推荐阅读：《国土资源通讯》(半月刊)创刊于2001年，由中华人民共和国国土资源部主管、中国国土资源报社主办。主要栏目有：本期要览、工作部署、重要讲话、经验交流等。

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