第21卷 第2期2005年5月 农 业 系 统 科 学 与 综 合 研 究SY STE M SCIE NCES AND C OMPREHE NSI VE ST UDIES I N AG RIC U LT URE V ol.21,N o.2May ,2005收稿日期:2004-06-01;修回日期:2005-03-071基金项目:中国博士后科学基金(2004035096);中国科学院知识创新工程项目(K Z CX 3-SW-339);中国科学院湿地创新项目(K Z CX 2-302)1第一作者简介:白军红(1976-),男,博士,主要研究方向为湿地生态过程及景观格局变化1向海芦苇沼泽湿地土壤硝态氮含量的季节动态变化白军红1,2,邓 伟2,欧阳华1,王庆改3(11中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;21中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春 130012;31国家环境保护总局环境工程评估中心,北京 100012)摘 要:以付老文泡湿地和二百方子湿地为研究对象,对比研究了封闭性湿地和开放性湿地土壤中硝态氮含量的季节动态变化特征,结果表明封闭性湿地除表层土壤硝态氮的季节动态变化呈不规则的倒“V ”字型外,其它各层都较平缓;开放性湿地土壤硝态氮含量除在生长初期以前呈显著的下降趋势外,在以后各物候期内变化都较平缓;但两典型区土壤硝态氮含量的季节动态变化也表现出一定的共性特征,各层土壤硝态氮含量的季节动态过程均可采用三次多项式来模拟其动态变化,模拟效果都较理想,基本上反映了向海沼泽湿地硝态氮的季节动态变化规律。
与封闭性湿地相比,开放性湿地土壤硝态氮的季节动态变化的规律性更强。
图2,表1,参9。
关键词:沼泽土壤;硝态氮;时空动态;向海自然保护区中图分类号:S153 文献标识码:A 文章编号:1001-0068(2005)02-0085-03Seasonal dynamic variations in nitrate nitrogen in marsh soils fromPhragmites w etlands in Xianghai N ational N atural R eserveBAI Jun 2hong 1,2,DE NG Wei 2,OUY ANG Hua 1,W ANG Qing 2gai 3(11Institute o f G eographical Sciences and Natural Resources Research ,Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100101,China ;21Northeast Institute o f G eography and Agricultural Ecology ,Chinese Academy o f Sciences ,Changchun 130012,China ;31Appraisal Center for Environment and Engineering ,State Environmental Protection Administration ,Beijing 100012,China )Abstract :The typical sites such as Fulaowenpao wetland and Erbaifangzi wetland were chosen to study the characteristics of seas onal dynamics of nitrate nitrogen in s oils from “close ”wetlands and “open ”wetlands 1The results showed that except that the changing tendency of nitrate ni 2trogen concentrations in surface s oils appears the shape of anomalous “V ”in “close ”wetlands ,but as for other s oil layers ,the contents of nitrate nitrogen change gently 1The contents of nitrate nitrogen in s oils from “open ”wetlands significantly decrease from December in last year to May ,and change gently from May to October 1There is similarity of the characteristics of seas onal dynamic of nitrate nitrogen for the tw o sites ,the changing processes of nitrate nitrogen contents in s oils from each s oil layer can be fitted by three order polynomial ,and these m odels give a g ood fit ,reflecting the changing laws of seas onal dynamic of the contents of nitrate nitrogen in s oils 1K ey w ords :marsh s oils ;nitrate nitrogen ;seas onal dynamic ;X ianghai National Natural Reserve 硝态氮是一种可被植物直接吸收利用的有效态氮素,其含量变化显著影响着湿地土壤氮素的迁移转化过程和湿地植物生产力。
已有研究表明湿地土壤中的氮素含量依植被的生长发育节律,随着物候期的变化而不断变化[1]。
但硝态氮在土壤中易于发生淋失,导致土壤肥力降低[2],而且其淋溶特性有可能对地下水造成污染[3,4],并且还有可能导致土壤酸化[5]。
由于土壤结构以及植物根系分布状况不一,不同层次土壤的氮素含量存在显著差异,季节性变化过程亦明显不同。
但是以往研究主要集中在淡水湿地、滨海湿地或盐沼湿地,而对内陆盐碱化湿地的研究较少[6]。
向海芦苇沼泽湿地以盐碱化为主要特征,依据水文特征可划分为封闭性湿地和开放性湿地。
对比研究了该区封闭性的付老文泡湿地和开放性的二百方子湿地土壤中硝态氮含量的季节动态变化,并对其动态过程进行了模型模拟。
此研究可为湿地氮素的迁移转化过程研究奠定基础,并为该区湿地管理研究提供科学依据。
1 材料与方法111 研究区自然环境特征向海湿地位于吉林省通榆县西部的向海自然保护区内,属于内陆沼泽湿地,为国际重要湿地,拥有湿地面积36100hm 2,包括水域面积12500hm 2和芦苇沼泽面积23600hm 2[7]。
该区处于北温带大陆性季风气候区半干旱草原地带,年平均气温511℃;年平均降水量40812mm ,多集中在7、8月份;年平均蒸发量1945mm ,约为降水量的5倍;区内河流主要有霍林河、额穆泰河及洮儿河引水工程季节性河流,有向海水库、兴隆水库、尖底泡、付老文泡等水库及自然泡沼20多处。
付老文泡湿地和二百方子湿地分别处于霍林河的回水区和主河道上,分别属于封闭性湿地和开放性湿地。
研究区土壤类型为沼泽土,植被以芦苇群落为主。
112 样品的采集和测定分析于2000年12月份和2001年5～10月份分别在两典型区内采集土壤剖面样品,3次重复,土壤剖面深度为100cm ,按每10cm 为一层共分10个层次进行采集,并分别对两典型区的土壤样品进行等层次混合,土壤样品总计120个。
所采集的样品带回实验室后自然风干,捡去石块、残根等杂物,磨碎后过100目筛,装袋待测。
硝态氮测定采用苯二磺酸比色法[8]。
运用Ori 2gin 610和Excel2000软件对数据进行统计分析及绘图。
2 结果与讨论211 付老文泡湿地土壤中硝态氮含量的季节动态变化图1为付老文泡湿地土壤中硝态氮含量的季节变化曲线。
除表层外,付老文泡湿地土壤硝态氮的季节动态变化都较平缓。
表层土壤硝态氮的季节动态曲线呈不规则的倒“V ”字型,最高值出现在7月中下旬,达50mg/kg ,其原因是由于在封闭性湿地中湿沉降氮输入、植物淋洗以及铵态氮发生硝化作用等因素都可能增加硝态氮的含量,而且因地表无积水抑制了硝态氮的反硝化损失。
此外该区土壤图1 付老文泡湿地土壤中硝态氮含量的季节动态因碱化板结而不利于硝态氮向下淋失。
生长初期(5月份)以前,硝态氮含量大都呈下降趋势,尤其是80cm ～90cm 和90cm ～100cm 土层最为显著。
除0cm ～30cm 土层外,其它各层土壤硝态氮含量在生长期内则继续减少,但变化十分微弱,这是由植物根系吸收所至。
10cm ～30cm 土层出现上升趋势可能主要受表层土壤硝态氮高含量的影响。
随着植物进入成熟季节,植物的吸收能力减弱,但由于气候变干,降水减少,且无河水输入,水分条件变差,土壤因盐分上移而板结硬化,所以在9月中下旬未造成硝态氮的累积。
在枯死期,植物因气温下降而停止生长,对硝态氮的吸收量骤减,使硝态氮含量又稍稍有所回升,这与袁可能[9]所得结论“气温降低会导致土壤硝态氮含量减少”相悖。
212 二百方子湿地土壤中硝态氮含量的季节动态变化图2为二百方子湿地土壤中硝态氮含量的季节动态变化曲线。
该区硝态氮含量的季节动态变化曲线特征明显不同于付老文泡湿地。
除在生长初期以前呈显著的下降趋势外,在以后各物候期内变化都较平缓。
表层土壤硝态氮含量季节动态变化趋势与付老文泡相近,但变化幅度比其小得多,其最高值出现在7月中下旬,但仅有9mg/kg 。
这是由于该区为开放性湿地,河水的季节性泛滥使土壤硝态氮易于向下游湿地流失。
20cm ～30cm 和30cm ～40cm 土层在9月中上旬出现上升趋势,而其它层次则呈下降趋势。
这与该物候期内植物根系吸收能力下降密切相关。
而且表层土壤硝态氮的淋失也是造成亚表层土壤硝态氮含量发生累积的一个重要原因。
因为该区土壤虽然碱性较强,但并未发生板结[8]。
与付老文泡湿地相一致,土壤硝态氮含量在枯死期也略有回升现象。
图2 二百方子湿地土壤中硝态氮含量的季节动态68农业系统科学与综合研究 第21卷213 向海沼泽湿地土壤中硝态氮含量的季节变化动态模拟为了探究向海沼泽湿地土壤中硝态氮含量的季节动态变化普遍的规律,根据硝态氮实测值的季节动态曲线特征,采用多项式拟合分别对两典型区内各层次土壤硝态氮含量进行了向海沼泽季节动态过程模拟,模拟模型函数如式(1),模拟结果见表1。