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湿地是由水陆相互作用形成的自然综合体,是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一,发挥着碳氮磷的源、汇或转化器的功能。氮、磷是湿地植物生长的重要限制因子之一,显著影响着湿地生态系统的生产力,是湿地营养水平指示物。本研究利用地理学中的图谱在时间演化过程的系统中同时表达了地区空间异质性的特点,将营养元素图谱的概念引入在不同环境梯度下湿地土壤-植被中营养元素的分异研究,对黄河三角洲地区典型湿地土壤的营养图谱时空分异规律进行图谱表达,同时也通过采样分析和野外模拟实验对营养元素图谱的影响机制进行了分析探讨。
(1)典型湿地氮磷营养元素图谱的时空分异特征
研究区氮磷的空间分布具有很高的空间变异性,主要来源于土壤母质、河道以及地形因素等结构因素的影响。典型湿地氮磷营养元素的图谱显示氮磷含量在垂直剖面方向上具有明显的表聚性和分层现象;在下层土壤剖面以及距离河道较远处出现累积峰。磷素含量与水平变异性高于氮素但剖面分异程度较氮素小,同时,氮磷在时间方向上随季节的变化呈现出夏季最低,秋季次之,春季最高的趋势。芦苇群落土壤中全氮含量较高磷素变异系数较大,盐地碱蓬群落土壤中全磷含量较高,氮素变异系数较大。
(2)土壤理化性质的影响
通径分析结果表明,全碳、有机质、硝态氮与全氮极显著相关,对全氮具有较大的直接效应、间接效应,其他理化因子均主要通过全碳对全氮含量起间接作用。全磷、有效磷与容重极显著相关,与含水率及全硫含量显著负相关。全碳与有机质对磷素不显著相关,有效磷与全磷含量也不显著相关。
(3)水盐条件的影响
在水盐梯度实验下硝态氮含量沿着时间的推移出现降低趋势;表层含量低于下层,但表层变化较下层缓慢;全氮在剖面与时间上的含量规律与之相反。低盐分全氮含量高,硝态氮含量少,不利于氮矿化;中等盐分、低水位利于硝态氮持留。与全氮一致全磷含量表层含量低于下层,但沿着时间的推移呈现降低的趋势;较高盐分有利于磷素含量的保持。土壤中硝态氮的变化速率随着灌溉水盐分的增长而加快,5cm淹水深度时硝态氮变化速率最快;全氮变化速率随着灌溉水盐分的增长而减缓,在不同的盐水梯度下含量无显著差异。在水位梯度变化时全磷含量速率较大。水盐正交试验对土壤中全氮、全磷含量受水盐梯度影响变异更显著。通过不同淹水频率的样地对比,发现淹水频繁不利于氮素积累和矿化、有利于磷的积累与有效磷的释放。全氮变异系数比硝态氮大,有效磷变异系数高于全磷,说明全氮、有效磷更容易受淹水频率的影响。
(4)湿地植被吸收与土壤营养元素的供给
土壤中营养物质主要来源为陆源,有机质含量很低,养分持留能力差,黄河三角洲氮储量非常匮乏,且主要储存在表层中,氮素易被矿化。研究区土壤供磷水平较低,磷储量在各层剖面与各季节中分配比相当。盐地碱蓬受氮限制,对氮素具有较高的富集系数;芦苇受磷限制,对磷的富集系数也较高。整个样地植被普遍受氮限制,样地也显示出氮素的匮乏。当植被富集系数较高的元素成为植物生长的限制性因子时,土壤中该元素供给缺乏、变异程度变大,通过研究植物群落生长的限制因子可为土壤营养元素供给能力的考核提供参考指标。