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湿地磷的迁移转化过程不但影响着系统自身物质循环、能量流动和湿地生产过程,而且湿地作为氮、磷等的源、汇或调节器可以促进延缓或遏制环境的恶化趋势,因此揭示磷在湿地中的迁移转化机制具有全球性意义。为了更好的了解湿地中磷的迁移转化过程与驱动机制,本论文以三江平原小叶章草甸湿地为研究对象,通过野外观测、室内培养和微区模拟实验,研究了湿地土壤磷的时空分布特征,土壤一水体间、土壤—植物间的迁移转化过程以及开垦对湿地系统磷的影响,揭示了湿地系统磷动态变化的主要驱动因子。主要得出结论如下:
湿地土壤磷含量具有明显的空间分布特征。由表层向下土壤磷含量降低。有机磷是土壤磷库的主体。土壤中不同形态磷具有不同的季节变化特征。植物的吸收利用是土壤磷的时空分布的主要驱动因子。
土壤与水体之间磷的平衡浓度较低,湿地土壤对外源输入的磷具有较强的固定能力。沼泽化草甸小叶章吸附能力较湿草甸小叶章更强,且相对而言吸附后不易释放。不同土层之间土壤的吸附能力存在差异。Langmuir方程可以很好的拟合小叶章湿地土壤等温吸附曲线。湿地土壤吸附能力受多种土壤条件共同作用。
湿地植物磷的积累具有明显的季节动态特征。随着生长季推移,植物体磷含量呈下降趋势。生长初期磷的积累速率最快,生长速率是主要的影响因子。植物体磷主要积累在地下部分,水分条件对植物体磷库分配起着重要作用。枯落物中磷的含量随时间推移逐渐下降,而积累量逐渐增加,这主要受植物体本身磷含量变化的影响。沼泽化草甸小叶章磷的利用效率高于湿草甸小叶章,水分条件是其最主要的影响因素。磷的输入对湿地系统生物量累积的促进作用不明显,同时存在氮的输入时可刺激生物量的增加。土壤水分等条件可通过影响土壤磷的有效性而改变磷输入对湿地的影响。
植物立枯阶段即存在物质损失,这一阶段其残留率约下降2%,残体中的磷有少量增加,这一阶段分解主要的控制因素是在风力、降水等气象要素。枯落物分解初期存在明显淋洗分解,28 d淋洗分解后两种小叶章磷含量降幅可达36.71%。小叶章枯落物分解过程中枯落物磷含量呈先快后慢的下降趋势,水分条件对植物残体磷的释放有显著影响,尤其是根系残体磷含量的降幅随水分的增加而增大。植物类型对分解过程中养分的释放与积累起着主要作用。
湿地开垦对土壤磷的形态组成有显著影响。不同土地利用方式下土壤总磷含量表现为湿地>林地>旱田>弃耕地>水田。农田土壤与湿地相比,无机磷比重较高,有机磷比重较低,尤其是水田土壤有机磷比重最小。湿地和农田无机磷的差异主要表现在NaOH-Pi、C.HCl-Pi和D.HCl-Pi含量的变化上。湿地土地利用方式改变后有机磷组成中C.HCl-P0含量下降最明显。土地利用方式的改变对较稳定磷形态影响更显著,土壤中活性磷形态是一个动态平衡的养分库,而较稳定的磷形态起土壤磷的源和汇的作用。开垦时间对土壤磷形态组成也有显著影响,湿地开垦后几年内土壤的无机磷含量增加,而有机磷含量会急剧减少。弃耕有利于土壤有机磷的恢复。
建立了包括大气分室、植物地上分室、植物地下分室、枯落物分室和土壤分室的沼泽湿地系统磷的循环模式。由于农业活动等造成当地磷的降水输入量较高,且磷的输出较少使小叶章湿地生态系统处于磷的积累状态。土壤是湿地系统磷的主要储库。湿草甸小叶章植物体养分循环快,沼泽化草甸小叶章则对磷有较强的固持作用,因此就植物而言,保持湿地水分条件对系统磷的固定具有重要意义。