不同植被覆盖对查干湖湿地土壤腐殖质的影响

2024-03-20田宇鑫姜珊刘骞

科学技术与工程 2024年5期

田宇鑫, 姜珊, 刘骞

(长春大学园林学院, 长春 130022)

湿地作为地球之肺,在调节气候方面起着非常重要的作用。湿地的形成、发育与演化是湿地理论研究的核心问题,其碳储量巨大,在全球生态系统碳汇中占据重要地位[1]。加强研究湿地形成的原因及演变过程,对于湿地保护起着积极的影响[2]。湿地生态系统既是碳源,又是碳汇,这取决于不同的植被类型和环境变量[3-4]。在过去的几十年里,农业开垦、堤坝建设及气候变暖等因素导致大量自然湿地退化,植物多样性和生物量锐减、土壤腐殖质碳大量损失,使湿地生态系统由碳汇向碳源转变,造成的后果就是加剧了全球气候变暖[5]。因此,湿地的研究调查和保护也越来越受到大家的重视。土壤中的腐殖质是有机物质中的主要成分,占总有机质的60%～70%[6],其胶结性能好,化学活性强,对改良土壤结构、保水和营养物质有一定的作用,可以提高土壤对环境的适应能力和应对各种污染的能力,且在不同的环境中存在着明显的结构差异[7-9]。腐殖质是植物生长所需养分的主要来源,对于刺激植物生长和提高土壤肥力上有重要贡献[10]。同时,植物的枯枝落叶等凋落物又再次进入土壤参与物质循环。目前,国内外有关土壤腐殖质的研究主要集中在农田、草原、森林和低海拔的沼泽等方面,对于盐碱湿地土壤腐殖质的研究还是较少的[11-12]。中国盐碱地主要集中在西北、东北、华北及滨海地区(约9.913×107hm2),约占总陆地面积的10.3%,且呈逐年增长的趋势,是重要的土地资源[13-14]。尤其在转化为农业用地过程中具有潜力大的独特优势[15-16]。土壤与植物之间的物质交换是环境中重要的循环过程,土壤盐碱化促使土壤板结的特点使非耐盐碱植物生长受到抑制[17],而优势植物的生长具有其独特性,能够在盐碱湿地中长势良好,所以,对于盐碱湿地与不同植被类型之间的响应研究是十分必要的。查干湖湿地具有广泛的盐生植物资源,现以查干湖湿地为例,从土壤环境及与植物之间响应关系的角度出发,主要分析芦苇+香蒲、芦苇+苔藓、碱蓬、水稗、芦苇5种类型植被所覆盖的土壤腐殖质碳及其组分的空间分布情况和红外光谱结构,阐明不同植被覆盖对土壤腐殖质影响,以期为盐碱湿地修复、优势物种的筛选及植物抗逆性研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

查干湖(东经124°03′～124°34′,北纬45°09′～45°30′)地处松嫩平原西部,位于吉林省松原市前郭尔罗斯蒙古族自治县境内,是国家级内陆湿地和水域生态系统类型自然保护区[18]。该区属北温带大陆季风性半干旱气候区,区内成土母质为第四纪沉积物[19],它与湖泊、沼泽、沼泽化草甸等组成了各种不同类型的湿地生态系统复合体。查干湖一度枯竭,因水中高碱性,所以在干涸后,会有白色的碱液出现,对植物的生长有很大的影响[20]。

1.2 研究方法

1.2.1 样地选择与土壤样品采集

根据文献及实地调查,查干湖湿地保护区主要植被类型为沼泽性植物,实验选取查干湖湿地中的5种优势植被类型:芦苇+香蒲、芦苇+苔藓、碱蓬、水稗、芦苇为例进行研究,样地基本信息如表1所示。采用土钻法对土壤进行采样,每一样方采样三次,将三孔土混合在一起,分别进行了0～20 cm和20～40 cm的采样。把土样放入封袋,带回实验室进行样土处理,自然风干后过0.25 mm筛,装袋待用。

表1 样地植被类型、经纬度

1.2.2 样品分析方法

腐殖质提取采用碱液提取法[21]。腐殖质及组分定碳采用重铬酸钾外加热法[22]。腐殖质结构分析采用KBr压片法在红外光谱仪上测定[23]。

1.3 统计分析和计算

采用Excel 2003、SPSS 26.0、Origin软件进行数据分析和作图。

2 结果与分析

2.1 不同植被覆盖下土壤腐殖质碳及其组分分布特征

2.1.1 土壤腐殖质碳分布

不同植被下土壤中的腐殖质碳(humus carbon,HC)含量分布特征如图1所示。在0～20 cm土层中,5种类型植被所覆盖的土壤HC含量的分布特征为芦苇>水稗>碱蓬>芦苔>芦蒲,其中,不管是在0～20 cm土层还是20～40 cm土层,芦苇所覆盖的HC含量都是最高的,高达36.64～54.95 g/kg,甚至高于芦蒲、芦苔的2～3倍,较其他4种类型植被的土壤有显著差异。在20～40 cm土层中的分布特征与0～20 cm相似,只是芦蒲所覆盖的土壤HC含量高于芦苔,但差异并不显著。在垂直分布上,伴随土层加深,水稗、碱蓬和芦苔覆盖的土壤HC逐渐降低,而芦蒲、芦苇覆盖的土壤HC逐渐增高。