陈昭一，杨艳丽，武 政，谌小慧，刘元恭，仝 川，张 彦*

(1.福建师范大学地理研究所，福建福州 350117；2.福建师范大学福建省亚热带资源与环境重点实验室，福建福州 350117；3.海南师范大学地理与环境科学学院，海南海口 571158)

土壤有机碳是评价土壤环境质量和评估土壤碳储量的重要参数[1-4]。湿地土壤是全球重要的碳储存库，其有机碳变化对全球碳循环有着重要影响。由于湿地类型的多样性以及人类活动干扰程度等的差异，使得全球不同湿地土壤有机碳储量存在较大差异[5]。河口湿地是介于陆地与海洋之间的复杂自然综合体，其生物多样性丰富，具有较高的初级生产力，是全球重要的碳库[6]。在潮汐、海水入侵、淡水输入等不同水文条件的影响下，河口湿地土壤理化性质、植被类型、微生物群落、营养元素等均会呈现出不同的变化特征，从而对湿地土壤有机碳储量产生重要影响[7]。有研究发现，海水侵蚀和潮汐作用引起的河口湿地与近海之间的横向搬运和迁移作用，使湿地土壤在碳“汇”和碳“源”之间发生转换[8-9]，其中盐度的变化对土壤有机碳循环过程有着显著影响[10]。目前，相关研究多集中在对不同植被类型或土地利用变化下河口湿地土壤有机碳分布特征及其储量的估算，对于不同自然盐度梯度下河口湿地深层土壤有机碳储量的差异及其影响因素的研究还较为少见。

闽江是福建省最大的独流入海河流，是福州的“母亲河”，其流域生态环境对区域水资源供给、全省农业的可持续发展和生态安全有着举足轻重的作用。闽江流域分布着众多天然潮汐沼泽湿地，对于区域气候调节、水质净化以及生态环境的改善都具有重要意义。近年来，闽江河口湿地受到河口水动力、潮汐、径流量、输沙量、植被演替、人类干扰等因素的影响，湿地环境条件变得极为复杂，直接或间接影响着湿地土壤碳循环过程[11]。已有研究发现，盐度是影响闽江河口湿地碳循环的重要因子之一[12]，但目前对闽江河口湿地有机碳的相关研究多集中在植被初级生产力、土壤有机碳矿化和固碳速率等方面[13-16]，且多数研究仅关注较浅土层的有机碳变化，鲜有对不同盐度水平下深层土壤有机碳密度和有机碳储量变化特征的研究，从而无法准确评估闽江河口湿地碳库的变化趋势。

本研究沿闽江流域福州段由陆向海方向，根据天然盐度梯度的变化，选取塔礁洲、道庆洲、蝙蝠洲和鳝鱼滩4 处天然潮汐沼泽湿地作为研究样地，分别钻取100 cm 的土壤剖面，并以2 cm 间隔的高分辨率分析土壤有机碳含量、容重、含水率、pH等理化指标，揭示不同盐度条件下闽江河口湿地土壤剖面有机碳密度和有机碳储量的变化特征及其影响因素。旨在为精确评估闽江河口湿地土壤碳库储量，深入认识土壤有机碳的变化趋势以及制定科学合理的河口湿地生态系统管理措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区

闽江河口湿地(25°50′43″N～26°9′42″N，119°5′36″E～119°41′5″E)是闽江流域最大的天然沼泽湿地[8]，地处中国东南沿海，属亚热带海洋性季风气候，温湿多雨，地理位置、人文、自然条件优越，动植物资源丰富，生态环境良好，是许多珍稀和濒危鸟类的主要栖息地，更是南北候鸟迁徙的重要停歇地和越冬地之一[17]。湿地植被主要有短叶茳芏(Cyperus malaccensis)、芦苇(Phragmites australis)、野慈姑(Sagittaria trifolia)、藨草(Scirpus triqueter)等，其特有的水文条件和生物多样性特征，能有效反映湿地生态系统生物地球化学过程的交互作用[18]。其中，塔礁洲和道庆洲湿地受海水作用较小，属于淡水洲滩；蝙蝠洲湿地属于咸淡水过渡区；鳝鱼滩湿地属于半咸水洲滩[19]。河口湿地土壤盐度从河口感潮区上游段(塔礁洲湿地)至入海口(鳝鱼滩湿地)依次升高，其盐度按由低到高的顺序分别为塔礁洲湿地(0.172 mS/cm)、道庆洲湿地(0.175 mS/cm)、蝙蝠洲湿地(0.962 mS/cm)、鳝鱼滩湿地(1.392 mS/cm)，呈现出淡水、半咸水、咸水的明显梯度变化特征[8]。

1.2 样品采集与处理

沿由陆向海的方向，按土壤盐度梯度变化，在闽江流域福州段选取塔礁洲、道庆洲、蝙蝠洲和鳝鱼滩4处典型天然潮汐湿地为研究对象，在每处湿地选择短叶茳芏植被覆盖的区域进行采样。于2022 年6 月下旬进行土壤样品采集，在每个样地水文相对封闭处，用土钻分别钻取100 cm 深的连续且完整的土壤剖面，并按2 cm间隔现场切割，用铝盒和环刀采集部分鲜土，用于测定土壤含水量和容重，再将剩下的样品分别装入标记好的自封袋中，带回实验室，风干，备用。

1.3 土壤理化指标测定

1.3.1 pH

称取5 g 过2 mm 孔径筛的风干土样，置于50 mL 离心管中，加入25 mL 蒸馏水(水土质量比为5∶1)，于振荡器上以250 r/min 的速度振荡30 min，然后静置30 min，待上清液澄清时，用pH计(IQ Scientific Instruments，USA)测定样品的pH。

1.3.2 含水量

将盛有新鲜土样的铝盒置于烘箱中105 ℃烘干至恒重，然后在干燥器中冷却至室温称重。土壤含水量的计算公式为：含水量=(湿质量-干质量)/干质量×100%。

1.3.3 容重

现场利用质量为(m)容积为(V)的环刀采集新鲜原状土，带回实验室，在105 ℃烘箱中烘干24 h，然后置于干燥器中冷却后称取干样和环刀总质量(M)，计算样品容重[20]。容重(g/cm³)的计算公式为

1.3.4 有机碳含量

称取坩埚质量(M1)，将干土样移入坩埚中称重(M2)，再将其置于马弗炉中550 ℃高温下烧制4 h，待冷却后取出，称其质量(M3)，土壤有机碳(SOC)含量(g/kg)计算公式如下[21]：

1.3.5 有机碳密度和有机碳储量

有机碳密度和有机碳储量的计算公式[22]：

公式(2)～(3)中，DOC(kg/m2)为有机碳密度；SOCS(t/hm2)为有机碳储量；BDi(g/cm3)为第i层土壤的容重；SOCi(g/kg)为第i层土壤有机碳含量；Di(cm)为第i层土壤的厚度。

1.4 数据处理

利用Excel 2019 软件，进行数据整理；利用Origin 2021软件，绘图。

2 结果与分析

2.1 不同湿地土壤有机碳含量和容重的变化特征

闽江河口塔礁洲湿地土壤剖面有机碳质量比在26.45～74.13 g/kg之间，平均值为54.98 g/kg，表层(0～20 cm)土壤有机碳含量明显较高；容重的变化范围在0.22～1.38 g/cm³之间，平均值为0.85 g/cm³，深层土壤容重较高，由表层至深层，呈不断增高趋势(图1)。道庆洲土壤剖面有机碳质量比的变化范围在10.10～64.47 g/kg 之间，平均值为48.17 g/kg，表层和深层土壤有机碳含量相当，在30 cm 处出现最小值；容重的变化范围为0.37～1.71 g/cm³，平均值为1.01 g/cm³，表层土壤(0～20 cm)的容重随深度增加不断增大(图1)。蝙蝠洲土壤剖面有机碳质量比波动较大，变化范围在19.08～48.90 g/kg 之间，平均值为34.96 g/kg，随剖面深度增加，整体呈不断降低的趋势；容重的变化范围在0.58～1.30 g/cm³之间，平均值为0.92 g/cm³，最大值在90 cm深度处，最小值在4 cm深度处(图1)。鳝鱼滩土壤剖面有机碳质量比的变化范围在25.27～60.79 g/kg 之间，平均值为45.40 g/kg，在50 cm 以下，随剖面深度增加，有机碳含量不断增加；在50 cm以上，随剖面深度增加，有机碳含量不断降低；容重的变化范围在0.48～1.72 g/cm³之间，平均值为1.10 g/cm³，最高值在66 cm深度处，最低值在88 cm深度处(图1)。

图1 闽江河口不同湿地土壤剖面有机碳含量、容重、pH和含水率变化特征Fig.1 Characteristics of organic carbon content,bulk density,pH and water content in soil profiles of different wetlands in the Minjiang River estuary

2.2 不同湿地土壤剖面pH和含水量的变化特征

闽江河口塔礁洲土壤剖面pH 的变化范围在4.82～6.53 之间，在0～30 cm 土层，随着土壤深度增加，pH逐渐降低；在＞30～100 cm土层，随土壤深度增加，pH逐渐升高(图1)。土壤含水量的变化范围在53.54%～113.33%之间，平均值为79.48%，在0～50 cm土层，随着土壤深度增加，土壤含水量不断降低；在50 cm 深度以下，土壤含水量较低且相对稳定，平均值为68.83%。

道庆洲土壤剖面pH的变化范围在5.34～6.59之间，在0～30 cm土层，随土壤深度增加，pH逐渐降低；在30 cm 以下，pH 较低且相对稳定，平均值在5.60 左右。土壤含水量的变化范围在30.76%～106.28%之间，平均值为65%，在0～30 cm土层，随土壤深度增加，土壤含水量不断降低；在30 cm 以下，含水量较低且相对稳定，平均值为61.35%(图1)。

蝙蝠洲土壤剖面pH的变化范围在6.85～7.73之间，最小值在60 cm深度，最大值在50 cm深度；含水量的变化范围较大，在44.82%～99.79%之间，平均值为68.33%，最高值在30 cm 深度，最低值在75 cm深度(图1)。

鳝鱼滩土壤剖面pH的变化范围在6.06～7.05之间，随剖面深度的降低呈降低趋势；含水量的变化范围在43.37%～105.92%之间，平均值为59.98%，随剖面深度的降低呈增加趋势(图1)。

2.3 不同湿地土壤剖面有机碳含量和密度与各指标的相关性

相关分析表明，闽江河口塔礁洲湿地土壤剖面有机碳含量与pH相关性不显著(p＞0.05)，但与容重极显著负相关(p＜0.01)，与含水量极显著正相关(p＜0.01)；有机碳密度与pH相关性也不显著(p＞0.05)，但与容重极显著正相关(p＜0.01)，与含水量极显著负相关(p＜0.01)(表1)。道庆洲土壤剖面有机碳含量与pH显著负相关(p＜0.05)，与容重极显著负相关(p＜0.01)，与含水量极显著正相关(p＜0.01)；有机碳密度与pH 极显著负相关(p＜0.01)，与容重和含水量相关性都不显著(p＞0.05)。蝙蝠洲土壤剖面有机碳含量与pH 相关性不显著(p＞0.05)，与容重极显著负相关(p＜0.01)，与含水量极显著正相关(p＜0.01)；有机碳密度与pH 相关性不显著(p＞0.05)，与容重和含水量都极显著正相关(p＜0.01)。鳝鱼滩土壤剖面有机碳含量与pH相关性不显著(p＞0.05)，与容重极显著负相关(p＜0.01)，与含水量极显著正相关(p＜0.01)；有机碳密度与pH 和含水量相关性都不显著(p＞0.05)，但与容重极显著正相关(p＜0.01)。

表1 闽江河口湿地土壤剖面有机碳含量和密度与土壤pH、容重和含水量的相关系数Table 1 Correlation coefficients between organic carbon content,density and pH,bulk density,water content in soil profiles of wetlands in the Minjiang River estuary

2.4 不同湿地土壤剖面有机碳密度变化及有机碳储量估算

塔礁洲有机碳密度的变化范围在26.23～127.85 kg/m2之间，平均值为91.16 kg/m2，随剖面深度增加，有机碳密度呈不断增加趋势。道庆洲有机碳密度的变化范围在28.41～147.19 kg/m2之间，平均值为92.71 kg/m2，最小值在30 cm 深度处。蝙蝠洲有机碳密度的变化范围在36.75～95.93 kg/m2之间，平均值为63.21 kg/m2。鳝鱼滩有机碳密度的变化范围在35.50～167.88 kg/m2之间，平均值为98.30 kg/m2。4处湿地土壤剖面深层土壤有机碳密度明显大于表层土壤(图2)。

图2 闽江河口不同湿地土壤剖面有机碳密度变化特征Fig.2 Variation characteristics of organic carbon density in soil profiles of different wetlands in the Minjiang River estuary

根据不同土壤剖面的有机碳密度估算湿地土壤有机碳储量，4处湿地土壤剖面有机碳储量(0～100 cm)存在差异。蝙蝠洲土壤剖面有机碳储量最低，为316.03 t/hm2；鳝鱼滩土壤剖面有机碳储量最高，为491.52 t/hm2；塔礁洲和道庆洲湿地土壤有机碳储量分别为455.80 t/hm2和463.55 t/hm2。

按20 cm 间隔，将土壤剖面分为0～20 cm、＞20～40cm、＞40～60cm、＞60～80cm和＞80～100cm五层，分别估算各湿地不同深度土壤有机碳储量的变化特征(图3)。塔礁洲各层土壤有机碳储量分别为69.40 t/hm2、87.75 t/hm2、88.46 t/hm2、100.37 t/hm2和109.82 t/hm2，随着剖面深度的增加，土壤有机碳储量逐渐增加；道庆洲各层土壤有机碳储量分别为76.50 t/hm2、60.37 t/hm2、106.36 t/hm2、108.43 t/hm2和111.89 t/hm2，随着剖面深度的增加，土壤有机碳储量逐渐增加；蝙蝠洲各层土壤有机碳储量分别为60.27 t/hm2、70.44 t/hm2、64.28 t/hm2、59.94 t/hm2和61.10 t/hm2，随着剖面深度的增加，土壤有机碳储量变化不大，较为平稳；鳝鱼滩各层土壤有机碳储量分 别 为86.12 t/hm2、103.26 t/hm2、105.82 t/hm2、101.17 t/hm2和95.15 t/hm2，随着剖面深度的增加，土壤有机碳储量变化较为平缓，呈小幅度增加。

图3 闽江河口湿地不同深度土壤有机碳储量Fig.3 Organic carbon stocks at different soil depths in wetlands of the Minjiang River estuary

3 讨论

3.1 不同盐度条件下闽江河口湿地土壤剖面有机碳含量和密度的变化特征

土壤有机碳含量是土壤、气候、植被类型、人为干扰等多种因素综合影响下有机碳输入与输出之间动态平衡的结果[23]。本研究表明，不同盐度水平下，闽江河口湿地土壤剖面有机碳含量存在差异(见图1)。塔礁洲(54.98 g/kg)和道庆洲(48.17 g/kg)土壤剖面有机碳平均含量明显高于蝙蝠洲(34.96 g/kg)和鳝鱼滩(45.40 g/kg)，且塔礁洲与道庆洲土壤有机碳含量随剖面深度波动较小，而蝙蝠洲和鳝鱼滩土壤有机碳含量波动较大。4处湿地表层土壤有机碳含量高于深层土壤，随剖面深度增加，有机碳含量逐渐降低(见图1)。有研究表明，湿地表层土壤中植被残体的腐解能够为土壤提供丰富的碳源，使得表层土壤有机碳含量较高，但受水文变化等因素影响，表层土壤有机碳含量会有较大的波动[24-25]。本研究中，不同湿地受海水入侵的影响程度不同，土壤盐度的差异也会导致土壤有机碳累积不同。一般而言，在高盐度环境中枯落物分解速率较高，不利于有机碳的累积[26]。闽江河口塔礁洲和道庆洲湿地更靠近内陆，受海水入侵和水文波动的影响较小[27]，因此，其土壤剖面中有机碳含量较高且相对稳定。

闽江河口4 处湿地土壤剖面有机碳密度波动幅度较小，深层土壤有机碳密度明显高于表层土壤，呈现出随剖面深度增加，有机碳密度不断增加的变化特征(见图2)。土壤有机碳含量和容重是影响有机碳密度和有机碳储量估算的重要参数[22]。闽江河口4 处湿地土壤剖面有机碳含量的变化特征不同，但有机碳密度的变化特征相似(见图3)，说明容重是影响湿地土壤有机碳密度和有机碳储量估算的主要参数。深层土壤中植被残体较少，分解度高，土壤质地紧实，容重较高[28]，从而导致湿地深层土壤有机碳密度较高。

3.2 闽江河口湿地土壤剖面有机碳含量和密度对湿地理化环境的响应

河口是河流与海洋、淡水与潮水的交汇区，水动力作用强烈，冲淤变化频繁，沉积物pH、容重、含水率等指标敏感易变，这些环境因子对湿地沉积物有机碳密度和有机碳储量估算有着重要影响[29]。pH 的变化能够降低有机质的溶解性，改变土壤中有机矿物质的相互作用[30]，还能通过影响微生物群落的结构和活性，进而影响有机碳的分解与转化过程[31]。相关分析表明，闽江河口4处湿地中只有道庆洲湿地土壤有机碳密度与pH显著负相关(p＜0.05)，其他3处湿地有机碳密度与pH 的相关性不显著(p＞0.05)(见表1)。这一结果与在闽江河口盐沼湿地的其他研究结果[32]一致，说明pH 的变化对闽江河口湿地土壤有机碳密度的影响较小。

土壤容重可以有效地反映土壤的通透性，是衡量土壤结构的重要参数[33]。本研究发现，闽江河口4 处湿地土壤的容重与有机碳含量极显著负相关，但与有机碳密度显著正相关(见表1)，说明土壤容重的变化对闽江河口湿地土壤有机碳含量与有机碳储量估算的影响较大。深层土壤容重较大，质地紧实，不利于地下生物量的积累，因此，土层越深，土壤有机碳含量越低[34-35]。但与有机碳含量相比，容重是影响闽江河口湿地土壤碳密度的一个重要的正向影响因子，随着土壤容重的升高，湿地土壤有机碳密度逐渐升高。

土壤含水量可以通过调节土壤的氧化还原电位、微生物活性和植被丰度，对土壤有机碳动态产生影响[36]。诸多研究表明，湿地土壤有机碳含量与土壤含水量显著相关[35,37-38]。本研究也发现，闽江河口湿地土壤剖面有机碳含量与含水量极显著正相关(p＜0.01)(见表1)，随着含水量的升高，有机碳含量逐渐升高(见图1)。但不同湿地土壤有机碳密度与含水量的相关性不同。塔礁洲湿地土壤有机碳密度与含水量显著负相关(p＜0.05)，但蝙蝠洲湿地土壤有机碳密度与含水量显著正相关(p＜0.05)，道庆洲和鳝鱼滩湿地土壤有机碳密度与含水量的相关性不显著(p＞0.05)。这说明虽然含水量是影响湿地土壤有机碳含量的重要因子，但由于不同湿地土壤性质的差异，使得含水量对土壤有机碳密度的影响程度不同。

3.3 闽江河口湿地土壤剖面有机碳储量的变化特征及其影响因素

闽江河口塔礁洲、道庆洲、蝙蝠洲和鳝鱼滩湿地0～100 cm土壤剖面的有机碳储量分别为455.80 t/hm2、463.55 t/hm2、316.03 t/hm2和491.52 t/hm2。除了蝙蝠洲外，塔礁洲、道庆洲和鳝鱼滩土壤有机碳储量随土壤盐度升高呈逐渐增加趋势，说明盐度是影响闽江河口湿地土壤有机碳储量的重要因素，盐度越高的区域土壤有机碳储量越高。在位于半咸水区的蝙蝠洲湿地，湿地被大量围垦成人工养殖塘，土地类型的改变导致湿地水文条件发生变化，进而使得土壤有机碳储量降低。因此，围垦养殖等人类活动的干扰，也是影响闽江河口湿地土壤有机碳储量的重要原因。

为了准确反映不同盐度条件下闽江河口湿地深层土壤有机碳储量的变化特征，本研究按20 cm间隔，分别估算各湿地0～100 cm土壤有机碳储量的变化特征(图3)。结果表明，随着剖面深度的增加，闽江河口湿地土壤有机碳储量大致呈增加趋势。对鳝鱼滩互花米草湿地0～60 cm土壤的研究发现，0～20 cm、＞20～40 cm和＞40～60 cm深度土壤有机碳储量分别为23.27 t/hm2、26.21 t/hm2和28.65 t/hm2，揭示了闽江河口湿地土壤有机碳储量随土壤深度增加而增加的变化趋势，表明深层土壤是河口湿地土壤有机碳的重要储存库[18]。本研究中，鳝鱼滩短叶茳芏湿地不同深度土壤有机碳储量明显大于互花米草湿地土壤有机碳储量[18]，可以推断闽江河口湿地不同植被类型对土壤碳储量有着重要影响。对闽江河口0～50 cm土层有机碳储量的研究发现，土地类型的转变对土壤有机碳储量也会产生较大影响，说明群落演替和人为活动共同影响湿地土壤有机碳储量[39]。本研究中蝙蝠洲湿地受人类养殖活动影响较为严重，大面积湿地被围垦成养殖塘，土地类型的转变使得该区域深层土壤有机碳储量的变化特征与其他3 处湿地明显不同，深层土壤有机碳储量低于表层土壤(见图3)。此外，对同一植物群落下深层土壤有机碳储量的研究发现，不同月份土壤有机碳储量存在明显差异[18]，说明季节变化引起的气温和降水变化对湿地深层土壤有机碳储量有一定的影响。高温和低温均有利于土壤有机碳的积累[40]，高温可以使植被通过光合作用吸收二氧化碳的速率提高，从而促进碳的积累[41]；低温可以对微生物和酶的活性产生一定的抑制作用，使微生物对动植物残体的分解速率降低，进而降低有机碳的矿化速率[42]。

3.4 不同区域深层土壤有机碳含量和储量的对比分析

对比相关研究结果发现，中国不同区域不同类型土壤深层有机碳储量存在明显差异(表2)。本研究中闽江河口4处湿地深层土壤有机碳储量远高于长宁县竹林0～60 cm深度土壤有机碳储量[43]以及粤东北山区森林0～100 cm 深度土壤有机碳储量[44]。这是由于湿地土壤较高的含水量会形成厌氧还原环境[45]，抑制土壤有机碳矿化和微生物呼吸，从而促进土壤有机碳的积累[46]。但闽江河口4 处湿地深层土壤有机碳储量低于东北地区沼泽湿地[47]、若尔盖高寒湿地[48-49]以及神农架大九湖泥炭地[50]，说明不同区域不同类型湿地土壤有机碳储量有所不同。东北地区沼泽湿地有机碳储量的主要影响因子为湿地沉积层深度、干容重和有机碳含量[47]，而含水率和生物量是决定若尔盖高原湿地土壤有机碳密度及储量的重要因素[51]。泥炭地大量植物残体的堆积以及厌氧环境更有利于土壤有机碳的积累，因此泥炭地有机碳储量高于其他类型湿地[46]。由此可知，土壤类型以及不同区域沉积环境的不同是导致中国不同区域土壤深层有机碳储量差异的重要因素。

表2 不同区域土壤有机碳储量对比Table 2 Comparison of soil organic carbon stocks in different regions

4 结论

闽江河口塔礁洲、道庆洲、蝙蝠洲和鳝鱼滩4处湿地0～100 cm 深度土壤有机碳密度分别为91.16 kg/m2、92.71 kg/m2、63.21 kg/m2和98.30 kg/m2，随剖面深度的增加，有机碳密度不断增加。土壤容重是影响湿地土壤有机碳密度变化的主要因素。

不同盐度条件下，闽江河口塔礁洲、道庆洲、蝙蝠洲和鳝鱼滩4处湿地0～100 cm土壤剖面有机碳储量分别为455.80 t/hm2、463.55 t/hm2、316.03 t/hm2和491.52 t/hm2，说明盐度是影响闽江河口湿地土壤有机碳储量的重要因素，盐度越高的区域土壤剖面有机碳储量越高。此外，随着湿地土壤剖面深度的增加，有机碳储量呈上升趋势，表明深层土壤是闽江河口湿地土壤有机碳的主要贮存库。

土壤容重和含水量是影响闽江河口湿地土壤有机碳密度和有机碳储量的重要环境因子，随着土壤容重的升高，湿地土壤有机碳密度和有机碳储量逐渐升高。但由于不同湿地土壤性质的差异，使得含水量对土壤有机碳密度和有机碳储量的影响程度不同。此外，植被类型、季节水热变化、人类活动以及土壤类型是导致闽江河口不同湿地土壤有机碳储量差异的重要因素。