晏鳴霄 夏振清 王攀婷 孟瑤 于兵

摘要：本文對大興安嶺地區(qū)南甕河濕地保護(hù)區(qū)不同深度和海拔土壤的有機(jī)碳含量、含水率和pH進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：不同深度的土壤有機(jī)碳含量差異顯著，在O～ 10 cm土層顯著大于40～ 50 cm土層。土壤含水率在O～10 cm土層達(dá)到最大值，顯著大于其它四個(gè)土壤剖面，且在30 ～40 cm土層中含水量迭最低值88. 83%，但除表層外其它四個(gè)土壤剖面土壤含水率相差甚微。不同深度土壤pH值的結(jié)果相差不大，均在4～5之間變化，呈弱酸性。三者隨海拔高度的變化規(guī)律不明顯。

關(guān)鍵詞：南甕河濕地；土壤有機(jī)碳；含水率；pH；空間分布

中圖分類號：S153.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-O05X（2015）04-0022-04

濕地是由水陸相互作用而形成的自然綜合體，是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一，是C0₂、CH₄等溫室氣體的“源”、“匯”和全球尺度上的氣候“穩(wěn)定器”，是地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)過程十分復(fù)雜，各種物理、化學(xué)和生物過程共同控制著有機(jī)質(zhì)的賦存與轉(zhuǎn)化。濕地土壤有機(jī)碳?xì)夂蜃兓囊环N敏感指示物，能用來指示對氣候變化的響應(yīng)。近年來，濕地碳儲量及其變化對全球氣候變化的影響一直是國內(nèi)外濕地研究的熱點(diǎn)。我國有關(guān)濕地碳數(shù)量、分布、行為及其動(dòng)態(tài)變化特征的研究主要集中在東北三江平原、長江中下游濕地和青藏高原東部的若爾蓋高原，針對我國寒溫帶沼澤濕地的相關(guān)研究甚少，這在一定程度上影響了我國濕地碳的客觀性與準(zhǔn)確性。

大興安嶺位于黑龍江省北部，地處北寒溫帶，沼澤濕地分布廣而集中，是我國寒溫帶泥炭沼澤濕地資源豐富地區(qū)之一，具有代表性。南甕河自然保護(hù)區(qū)沼澤濕地具有其特殊性，主要反映在與凍土共存方面，有凍土的地區(qū)就有濕地。目前我國關(guān)于凍土濕地碳循環(huán)的研究很少，因此，通過本文的研究闡明南甕河自然保護(hù)區(qū)沼澤濕地土壤有機(jī)碳的分布特征，揭示其特殊規(guī)律性，以便為準(zhǔn)確估算我國東北森林碳匯提供數(shù)據(jù)支持，為客觀估算我國天然沼澤濕地碳儲量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)

研究區(qū)位于南甕河國家自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，它是我國最大的寒溫帶森林濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)，是大興安嶺地區(qū)濕地資源最集中、面積最大的區(qū)域。研究區(qū)位于伊勒呼里山南緣，地理坐標(biāo)為北緯51°05'07"～ 51°39'24"，東經(jīng)125°07'55"～125°50'05"，總面積229523h㎡，海拔范圍一般為500～800m，最低海拔370m，最高海拔1044m。濕地類型包括森林濕地、草叢濕地、灌叢濕地、濕地島狀林（最典型的）、冰間湖濕地和湖泊濕地，兩個(gè)主要的濕地植被類型，是白樺林沼澤濕地和落葉松林沼澤濕地。保護(hù)區(qū)內(nèi)河流密布，溝壑縱橫，是嫩江水系一嫩江發(fā)源地，還有南陽河、南甕河、砍都河、沃陽河、二根河、依硒康等二十幾條河流匯人南甕河形成嫩江。主要的土壤類型是泥炭沼澤土、泥炭土和草甸沼澤土。保護(hù)區(qū)的氣候是一個(gè)寒溫半濕潤季風(fēng)氣候，它的主要特點(diǎn)是漫長寒冷的冬季和短而多雨的夏季。年平均溫度為5℃，1月平均低于一30℃。平均年度極端最低溫度為-47.8℃。相反，7月平均溫度為23.6℃，年平均極端最高溫度為35.5℃。平均年總降水量大約是390～490mm，集中在7月和8月。年平均蒸發(fā)、日照時(shí)數(shù)、大雪天、風(fēng)速分別為1120mm、2435h、145d和3m/s。

1.2 樣品采集及室內(nèi)分析

2013年8月，沿松嶺到南甕河自然保護(hù)區(qū)的路線，根據(jù)海拔高度設(shè)置5個(gè)濕地土壤采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)挖取3個(gè)土壤剖面，分別采集0～10、10～20、30～40、40～50cm土壤樣品，共計(jì)75個(gè)土壤樣品。土壤樣品用鋁盒和土壤樣品袋裝好，供室內(nèi)分析。樣品袋內(nèi)土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干三個(gè)星期。從風(fēng)干的土壤樣品中除去植被枯枝落葉、粗根材料和石塊等雜質(zhì)。每個(gè)土壤樣品混合均勻并研磨成粉末狀，過100目篩，用作測定土壤有機(jī)碳和pH值，土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化法測定。土壤pH值用pH分析儀（IQ35，美國）測定。土壤含水量用烘干法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 南甕河濕地保護(hù)區(qū)土壤有機(jī)碳等理化性質(zhì)的垂直分布

2.1.1 濕地土壤有機(jī)碳含量的垂直變化 從圖1可以看出，南甕河濕地保護(hù)區(qū)土壤有機(jī)碳碳含量隨土壤深度的增加逐漸降低，不同土壤深度土壤有機(jī)碳含量差異顯著，在0～10cm表層土壤顯著大于40～50cm底層含量，為1.32（±0.23）%，并在40～50cm土壤層次中達(dá)到最低值1.15（±0.20）%。

2.1.2 濕地土壤水分含量的垂直變化

如圖2所示，由于南甕河濕地保護(hù)區(qū)表層土壤疏松多孔，所以其持水能力在0～10cm中最好，土壤水分（MC）含量在0～10cm表層土壤中達(dá)到最大值169.27（±1.15）%，顯著大于10～20、20～30、30～40、40～50cm 4個(gè)土壤剖面，且在30～40cm土壤深度中水分含量達(dá)最低值88.83（±0.82）%，但除表層外其他四個(gè)土壤剖面土壤含水量相差甚微。這主要是因?yàn)橄聦油寥赖乃謥碓粗饕峭ㄟ^雨水從表層滲人底層貯存起來，或者通過地表徑流將地表水轉(zhuǎn)化到土壤底層。

2.1.3 濕地土壤pH值的垂直變化

從圖3可以看出，南翁河濕地不同深度土壤pH值的結(jié)果相差不大，不同層次的土壤pH值均在4～5之間變化，土壤呈弱酸性。且在底層40～50cm土壤深度pH達(dá)到最大值4.85（±0.44）。

2.2 南甕河濕地土壤有機(jī)碳等理化性質(zhì)隨海拔高度的變化

2.2.1 濕地土壤有機(jī)碳含量隨海拔高度的變化

如圖4所示，總體上土壤有機(jī)碳含量隨著海拔的上升而下降。隨著海拔的升高，不同深度土壤有機(jī)碳含量的差異在減少。深度較深處采集的土樣的有機(jī)碳含量隨著海拔的增加略有上升；其中10～20cm深度的土壤表現(xiàn)得較為明顯。

2.2.2 濕地土壤水分隨海拔高度的變化

如圖5所示，含水率在海拔410m處達(dá)到最高，之后含水率急劇下降，在441～530m之間較為穩(wěn)定，隨后在576m處又急劇升高?；旧虾０卧降停试礁?。需要指出的是在海拔576m處采樣時(shí)正在下雨，所以導(dǎo)致含水率異常升高。

2.2.3 濕地土壤pH隨海拔高度的變化

總體上，各海拔濕地土壤的pH值差距不大，基本集中在4.5左右，土壤pH值普遍呈酸性。在每一海拔高度上，pH值存在一些差異，如圖6所示。

3 討論與結(jié)論

3.1 濕地土壤有機(jī)碳等垂直變化的原因

土壤有機(jī)碳含量的垂直分布趨勢大體上均為由表層向下逐漸減少。而有機(jī)碳含量在0～10cm土壤深度范圍內(nèi)集中分布并達(dá)到最大值。10～50cm土壤深度有機(jī)碳含量降低。濕地土壤表層因?yàn)槭艿綕竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)特征，如低溫、多水等條件的限制，且保護(hù)區(qū)所在的地理環(huán)境條件，常年存有凍土層，導(dǎo)致植被的凈初級生產(chǎn)力較低，所以對于土壤中碳的輸入量小，因此土壤中的碳的富集不明顯。又因?yàn)檠芯繀^(qū)的表層土壤受低溫、多水條件的限制，微生物對動(dòng)植物殘?bào)w的分解能力也下降，這對于碳的存儲也起到了一定的作用。而南甕河沼澤濕地受溫度條件的影響，年均生物量沒有顯著變化，所以土壤碳的輸入量也不高。而一些研究指出，植物根系的分布直接影響土壤中有機(jī)碳含量的垂直分布，因?yàn)榇罅克栏母鈿w還，為土壤提供了豐富的碳源。另一方面，大量的地表枯落物也是表層土壤碳輸入的重要來源。而在深層土壤中，土壤的孔隙度小，緊實(shí)度較好，導(dǎo)致植物根系難以深入，分布較少，致使深層土壤中全碳含量開始明顯降低。保護(hù)區(qū)內(nèi)的沼澤土壤中的含水量隨土壤深度的增加慢慢減小。這表明沼澤濕地表層0～10cm土壤疏松多孔，持水能力好，有機(jī)質(zhì)含量高，結(jié)構(gòu)性好，而下層（10cm以下）土壤比較緊實(shí)，蓄水力較差，且水分來源較少，有機(jī)質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)都沒有表層好。而pH值在不同土壤層次均在4～6之間變化，土壤大部分呈酸性。pH能直接影響土壤中養(yǎng)分存在的狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，這說明在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，植物從土壤吸取養(yǎng)分的效率更高。

3.2 濕地土壤有機(jī)碳等理化性質(zhì)隨海拔變化的原因

土壤有機(jī)碳含量隨海拔的升高而下降。隨著海拔的升高，植被的分布減少，植被的凈初級生產(chǎn)力下降，所以對于土壤中碳的輸入量下降。而水分含量與海拔呈下降緩慢的負(fù)相關(guān)。這是因?yàn)樗衷谥亓Φ淖饔孟拢虻秃０翁幜鲃?dòng)，而濕地土壤持水能力好，故而梯度變化小。pH值隨著海拔的變化不明顯，說明海拔對于土壤養(yǎng)分的影響不大。

綜上所述，通過對南甕河濕地保護(hù)區(qū)土壤有機(jī)碳、含水量和pH值的研究，結(jié)果表明：濕地土壤中有機(jī)碳含量、土壤含水量和pH值的垂直變化具有一定的規(guī)律性，而其隨海拔高度的變化規(guī)律不明顯。這些可能與不同海拔植被類型的變化有很大的關(guān)系。