陳懷璞，張?zhí)煊?，葛振鳴，張利權(quán)

(華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062)

崇明東灘鹽沼濕地土壤碳氮儲量分布特征

陳懷璞，張?zhí)煊辏鹫聒Q，張利權(quán)①

(華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062)

濱海鹽沼濕地是碳氮的重要儲庫，其碳氮儲量時(shí)空分布特征受生物及環(huán)境因素的影響。研究了2013年不同季節(jié)長江口崇明東灘濱海濕地土壤(0～50 cm深度)有機(jī)碳和全氮儲量的時(shí)空分布與垂直分布特征。結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳儲量與全氮儲量季節(jié)分布均表現(xiàn)為冬季>秋季>夏季>春季，土壤有機(jī)碳儲量和全氮儲量呈現(xiàn)隨時(shí)間推移而積累的特性；其空間分布特征表現(xiàn)為高潮灘蘆葦(Phragmitesaustralis)帶>中潮灘互花米草(Spartinaalterniflora)帶>低潮灘海三棱藨草(Scirpusmariqueter)帶>光灘，且北樣線土壤有機(jī)碳和全氮儲量高于南、中樣線。不同區(qū)域土壤有機(jī)碳和全氮儲量垂直分布特征較一致，總體表現(xiàn)為光灘和海三棱藨草有機(jī)碳儲量在>10～15 cm土層最大，互花米草與蘆葦有機(jī)碳儲量較大值出現(xiàn)在0～10和>20～30 cm土層。土壤全氮儲量垂直分布特征與有機(jī)碳相似，且與有機(jī)碳儲量呈極顯著線性正相關(guān)(P<0.01)。不同鹽沼濕地植被類型是影響土壤有機(jī)碳和全氮儲量分布的重要因素，而光灘區(qū)域土壤有機(jī)碳與全氮儲量分布則主要受潮汐與沉積作用的影響。

鹽沼濕地；碳氮儲量；時(shí)空分布；崇明東灘

濱海鹽沼濕地作為“?！憽鄙鷳B(tài)系統(tǒng)間的過渡帶，具有獨(dú)特的地貌、水動(dòng)力和植被分布特征，是能量物質(zhì)循環(huán)過程的重要場所[1]。據(jù)估算，濱海鹽沼單位面積生產(chǎn)力是熱帶森林的3倍，具有高效的碳固定能力，是生態(tài)系統(tǒng)重要的碳庫[2]。同時(shí)，作為氮素的源、匯及調(diào)節(jié)器，濱海鹽沼濕地也是重要的氮素儲庫[3]。在全球氣候變化背景下，濱海鹽沼濕地碳、氮儲量及其分布特征作為生物地球化學(xué)循環(huán)研究中的重要部分，越來越受到關(guān)注[4-5]。

濱海鹽沼濕地的碳素和氮素絕大部分通過植被的生產(chǎn)、埋藏和輸沙沉積儲存在土壤中[6]。土壤碳、氮的時(shí)空分布特征不僅受濕地植被與環(huán)境因素的影響，同時(shí)也反映濕地生產(chǎn)力與養(yǎng)分供給情況[7]。有研究表明，濕地土壤碳、氮含量會伴隨鹽沼植被演替增加。同時(shí)，濱海濕地鹽沼植被生長動(dòng)態(tài)會影響土壤碳、氮儲量的季節(jié)變化[8-9]。由于濱海鹽沼濕地獨(dú)特的水動(dòng)力特征，由泥沙作用帶來的外源沉積物也會影響土壤碳、氮含量變化[10]。KENNEDY等[11]對全球88個(gè)鹽沼濕地的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，沉積速率加快會提高土壤碳、氮埋藏效率。目前，國內(nèi)對濱海鹽沼濕地碳、氮儲量的研究較多集中在特定區(qū)域儲量估算及動(dòng)態(tài)研究[12-13]。但總體而言，涉及鹽沼植被類型與生長動(dòng)態(tài)以及沉積動(dòng)力環(huán)境對濕地土壤碳、氮儲量時(shí)空分布影響方面的研究有待深入。

長江口崇明東灘屬于淤漲型濱海鹽沼濕地，其主要的鹽沼植被類群為蘆葦(Phragmitesaustralis)、互花米草(Spartinaalterniflora)和海三棱藨草(Scirpusmariqueter)，具有明顯的成帶分布特征[14]。崇明東灘從南至北不同區(qū)域有不同的沉積動(dòng)態(tài)[15]，是研究土壤碳、氮儲量時(shí)空分布的理想環(huán)境。為此，筆者以長江口典型濱海濕地——崇明東灘濕地作為研究區(qū)域，研究2013年不同季節(jié)崇明東灘北、中、南不同區(qū)域土壤及3種主要鹽沼植被帶和光灘土壤有機(jī)碳和全氮儲量季節(jié)變化和空間分布特征，并探討可能的影響因素，以期為估算長江口濱海濕地碳、氮儲量以及研究碳、氮循環(huán)“源—匯”過程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

崇明東灘濕地(31°25′～31°38′ N，121°50′～122°05′ E)位于崇明島東端(圖1)，是長江口典型的沖淤型潮灘濕地，于2001年被列入“拉姆薩國際濕地保護(hù)公約”國際重要濕地名錄[16]，具有重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值。崇明東灘主要由團(tuán)結(jié)沙、東旺沙和北八滧3塊濕地組成，總面積約為326 km2[9]。崇明東灘濕地地勢低平，坡度為0.02%～0.05%，土壤鹽度為0.3%～0.6%，土質(zhì)主要為鹽堿性黏土及砂壤土，平均土壤粒徑為26.47 μm[13]，年均潮差為2.43～3.08 m。崇明東灘屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，四季分明，年均氣溫為15.5 ℃[17]，降雨充沛，年均降水量為1 143.7 mm，年際降水變化較大，主要集中在6—10月。區(qū)域內(nèi)主要鹽沼植被為蘆葦群落、互花米草群落和海三棱藨草群落，其中，蘆葦群落主要分布在高潮灘，互花米草群落主要分布在中潮灘，海三棱藨草群落大量分布在低潮灘[14]。

圖1 研究區(qū)與采樣樣線概況Fig.1 Sketch map of the study area and distribution of the sampling transects

1.2 樣品采集與處理

按照典型性、代表性和一致性的原則，在崇明東灘濕地布設(shè)北、中和南3條樣線，依次從大堤向海沿高潮帶(高程> 2.9 m)、中潮帶(高程為2.2～2.9 m)和低潮帶(高程<2.2 m)設(shè)置共10個(gè)采樣點(diǎn)。其中，北樣線從高潮灘向低潮帶依次設(shè)置蘆葦、互花米草、海三棱藨草和光灘區(qū)域采樣點(diǎn)；中樣線從高向低潮灘依次設(shè)置蘆葦、互花米草和光灘區(qū)域采樣點(diǎn)；南樣線從高向低潮灘依次設(shè)置蘆葦、海三棱藨草和光灘區(qū)域采樣點(diǎn)。野外采樣時(shí)間為2013年春季(3月)、夏季(6月)、秋季(9月)和冬季(12月)。

各樣點(diǎn)利用直徑為3 cm的柱狀采泥器隨機(jī)采集50 cm深度的土壤樣品3份(5點(diǎn)混合采樣法)，每5 cm一層，分層后進(jìn)行裝袋，隨后將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步處理。每個(gè)季度共采集土壤樣品300個(gè)，各樣點(diǎn)均設(shè)置3個(gè)平行樣。

將土壤樣品置于陰涼處自然風(fēng)干，隨后進(jìn)行碎化處理，并去除石塊、昆蟲殘?bào)w等雜質(zhì)，最后將土壤過0.074 mm孔徑篩之后裝袋用于全氮含量測定。同時(shí)，取過篩之后的土壤0.5 g置于10 mL離心管并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸溶液靜置24 h后進(jìn)行酸化處理，去除其中的無機(jī)碳成分，將樣品進(jìn)行離心，去除上層酸液。之后用超純水將酸化土壤進(jìn)行清洗之后離心并將上層液體去除，重復(fù)3次之后將樣品置于60 ℃烘箱中烘至恒重，用于有機(jī)碳含量測定[18]。

土壤容重采用100 cm3的環(huán)刀對各樣點(diǎn)不同深度土壤進(jìn)行采集，隨即將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室烘干至恒重后稱量，計(jì)算土壤容重。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

處理好的土壤樣品采用德國元素分析儀(VarioEL Ⅲ)進(jìn)行土壤全氮和土壤有機(jī)碳含量的測定。采用以下公式計(jì)算不同植被地下土壤有機(jī)碳和全氮儲量及土壤容重[19]。

某一土層i的相關(guān)儲量計(jì)算公式為

RTN,i=Ni×Di×Ei×(1-g)，

(1)

RSOC,i=Si×Di×Ei×(1-g)。

(2)

土壤容重計(jì)算公式為

Di=Mi×Vi。

(3)

某一由k層組成的剖面全氮儲量(RTN，g·m-2)和有機(jī)碳儲量(RSOC，g·m-2)計(jì)算公式為

(4)

(5)

式(1)～(5)中，RTN，i為第i層土壤全氮儲量，g·m-2；RSOC，i為第i層土壤有機(jī)碳儲量，g·m-2；Ni為第i層土壤全氮含量，g·kg-1；Si為第i層土壤有機(jī)碳含量，g·kg-1；Di為第i層土壤容重，kg·m-3；g為粒徑大于2 mm礫石的體積分?jǐn)?shù)，%，由于崇明東灘濕地土壤粒徑小于2 mm，因此g≈0；Ei為第i層土壤厚度，m；Mi為第i層土壤干重，kg；Vi為第i層土壤體積，m3。

采用SPSS 19.0軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析與相關(guān)分析，采用Excel 2016和Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 崇明東灘濕地土壤碳氮儲量空間分布

由圖2可知，崇明東灘濕地土壤有機(jī)碳儲量總體上呈現(xiàn)北樣線高于中、南樣線且由光灘向高潮灘蘆葦區(qū)增長的分布特征。

圖2 沿3條樣線不同樣點(diǎn)土壤有機(jī)碳和全氮儲量分布Fig.2 Distribution of soil organic carbon and nitrogen stocks in the soil relative to sampling site

光灘區(qū)各樣線土壤有機(jī)碳儲量由大到小依次為北樣線〔(1 176.25±149.41) g·m-2〕、南樣線〔(806.42±105.00) g·m-2〕和中樣線〔(699.16±90.66) g·m-2〕，低潮灘海三棱藨草區(qū)為北樣線〔(1 764.29±261.17) g·m-2〕高于南樣線〔(1 110.31±188.16) g·m-2〕，中潮灘護(hù)花米草區(qū)為北樣線〔(2 701.57±211.40) g·m-2〕高于中樣線〔(2 008.31±322.96) g·m-2〕。高潮灘蘆葦區(qū)則由大到小依次為北樣線〔(3 868.14±419.98) g·m-2〕、南樣線〔(3 763.05±431.45) g·m-2〕和中樣線〔(3 321.80±388.04) g·m-2〕。

崇明東灘濕地土壤全氮儲量分布與土壤有機(jī)碳儲量分布類似，也呈現(xiàn)從低潮灘向高潮灘增長的特征。由圖2可知，光灘與蘆葦區(qū)土壤全氮儲量表現(xiàn)為北樣線高于中、南樣線，光灘區(qū)土壤全氮儲量表現(xiàn)為北樣線〔(194.08±20.70) g·m-2〕>中樣線〔(138.90±15.71) g·m-2〕 ≈ 南樣線〔(135.43±15.22) g·m-2〕，低潮灘海三棱藨草區(qū)為南樣線〔(170.87±24.80) g·m-2〕高于北樣線〔(132.49±15.69) g·m-2〕，中潮灘互花米草區(qū)為中樣線〔(320.42±39.55) g·m-2〕高于北樣線〔(162.30±19.74) g·m-2〕，高潮灘蘆葦區(qū)由大到小依次為北樣線〔(459.46±40.15) g·m-2〕、南樣線〔(425.10±36.59) g·m-2〕和中樣線〔(399.39±34.40) g·m-2〕。

2.2 土壤碳氮儲量季節(jié)動(dòng)態(tài)

崇明東灘濕地不同區(qū)域土壤有機(jī)碳和全氮儲量由大到小依次均為冬季、秋季、夏季和春季，表明土壤有機(jī)碳和全氮儲量呈現(xiàn)隨時(shí)間變化而增加的趨勢(表1～2)。

表1 研究區(qū)域土壤有機(jī)碳儲量季節(jié)動(dòng)態(tài)

表2 研究區(qū)域土壤全氮儲量季節(jié)動(dòng)態(tài)

2.3 東灘濕地不同鹽沼植被土壤碳氮儲量垂直分布特征

如圖3所示，光灘土壤有機(jī)碳儲量垂直分布的季節(jié)變化趨勢相似，均表現(xiàn)為土壤有機(jī)碳儲量隨土壤剖面深度增加而增加，在>45～50 cm土層達(dá)最大值，從春季到冬季其最大值分別為(88.55±13.62)、(98.47±14.77)、(106.46±16.37)和(112.71±18.03) g·m-2，各季節(jié)之間無顯著差異(P> 0.05)。3種鹽沼植被帶各季節(jié)土壤有機(jī)碳儲量垂直分布特征相似。

圖3 不同鹽沼植被土壤有機(jī)碳儲量的季節(jié)變化與垂直分布Fig.3 Seasonal variations and vertical distribution of soil organic carbon stock in the soil of the marsh relative to type of vegetation

海三棱藨草群落土壤有機(jī)碳儲量在土壤表層較高，在>10～15 cm土層達(dá)最大值，從春季到冬季分別為(141.87±13.53)、(168.21±22.24)、(195.28±18.62)和(214.04±15.62) g·m-2，但季節(jié)間差異未達(dá)顯著水平(P> 0.05)?；セ撞萑郝渫寥烙袡C(jī)碳儲量隨深度增加而增加。春、夏和秋季有機(jī)碳儲量在>25～30 cm土層分別為(225.11±69.65)、(248.90±58.33)和(278.74±73.57) g·m-2，冬季有機(jī)碳儲量在>5～10 cm土層最高，為(296.22±12.26) g·m-2，此外，在>30～35 cm土層也存在一個(gè)儲量峰值，為(275.82±39.31) g·m-2。蘆葦群落土壤有機(jī)碳儲量最大值集中分布在>25～30 cm土層，從春季到冬季分別為(361.80±87.29)、(410.82±103.40)、(459.34±148.01)和(519.09±157.89) g·m-2，但季節(jié)間差異未達(dá)顯著水平(P> 0.05)。

由圖4可知，各區(qū)域土壤全氮儲量垂直分布與有機(jī)碳儲量垂直分布特征相似。其中，光灘土壤全氮儲量無明顯波動(dòng)，表層(0～5 cm土層)土壤全氮儲量最高，從春季到冬季分別為(16.76±6.15)、(18.21±6.69)、(18.69±6.86)和(19.78±7.26) g·m-2，各季節(jié)之間無顯著差異(P> 0.05)。各植被帶土壤全氮儲量不同深度間無顯著差異(P> 0.05)，但具有不同的垂直分布特征。海三棱藨草全氮儲量在>10～15 cm土層達(dá)最高，春季到冬季儲量分別為(17.42±3.72)、(17.27±3.69)、(19.33±4.13)和(21.39±4.57) g·m-2?；セ撞葜脖粎^(qū)土壤全氮儲量以表層為最高〔(30.82±9.71)、(33.11±11.02)、(35.43±13.35)和(39.86±15.90) g·m-2〕，隨土壤深度增加而呈先降低后增加趨勢，在>20～25 cm土層又達(dá)到峰值，春季到冬季分別為(22.64±7.17)、(26.40±17.47)、(31.49±18.72)和(34.29±16.38) g·m-2。蘆葦群落土壤全氮儲量各季節(jié)均在>25～30 cm達(dá)最高值，春季到冬季分別為(47.74±9.67)、(48.74±10.30)、(50.90±10.97)和(56.74±12.00) g·m-2。

2.4 東灘濕地土壤有機(jī)碳儲量與全氮儲量的關(guān)系

對2013年崇明東灘濕地不同區(qū)域土壤有機(jī)碳儲量與全氮儲量進(jìn)行相關(guān)性分析的結(jié)果(圖5)顯示，崇明東灘濕地0～50 cm深度土壤有機(jī)碳儲量與全氮儲量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，光灘、海三棱藨草、互花米草和蘆葦區(qū)域相關(guān)系數(shù)分別為0.583、0.445、0.676和0.864。一般來說，土壤有機(jī)碳儲量高的區(qū)域全氮儲量也高，兩者的變化趨勢相對一致。

3 討論

崇明東灘濕地土壤有機(jī)碳和全氮儲量空間分布呈現(xiàn)從高潮灘向光灘減少的特征，且北樣線高于中、南樣線。鹽沼植被對土壤有機(jī)碳、全氮儲量分布起著重要作用。有研究表明植物近10%～40%的光合產(chǎn)物是通過根系生長和分泌作用進(jìn)入土壤，其他則通過凋落物形式將有機(jī)質(zhì)輸入土壤[20]。中、高潮灘具有較長的成灘歷史，經(jīng)歷過相對于低潮灘更長時(shí)間的沉積作用。同時(shí)，高潮灘植被也經(jīng)過長時(shí)間演替由先鋒物種海三棱藨草演替為目前的優(yōu)勢物種蘆葦[21]，其生物量長期積累，因此以蘆葦群落為主體的高潮灘土壤有機(jī)碳和全氮儲量高于其他潮灘帶。而互花米草作為外來物種，其植被的凈光合速率、葉面積指數(shù)和生產(chǎn)力都高于本土植被[22]，使得互花米草區(qū)(中潮灘)比海三棱藨草區(qū)(低潮灘)及無植被生長的光灘區(qū)具有更高的生物量和碳氮轉(zhuǎn)化能力，因此，以互花米草群落為主的中潮灘區(qū)域土壤有機(jī)碳和全氮儲量相對較高。海三棱藨草群落位于低潮灘區(qū)域，作為長江口鹽沼植被的先鋒物種[23]，其生產(chǎn)力較低且受外源沉積物影響較大，所以其土壤有機(jī)碳與全氮儲量略高于光灘區(qū)。近年來，長江輸沙率約為145 Mt·a-1[24]，崇明東灘濕地作為典型的淤漲型濕地，其不同區(qū)域淤積量存在差別，表現(xiàn)為北部年淤漲量最大，約為19 cm·a-1，南部光灘與海三棱藨草區(qū)域呈現(xiàn)侵蝕趨勢[18]。這可能是研究區(qū)域內(nèi)土壤有機(jī)碳和全氮儲量分布出現(xiàn)北樣線高于中、南樣線的原因。

筆者研究結(jié)果表明，崇明東灘濕地土壤有機(jī)碳和全氮儲量均呈現(xiàn)從春季到冬季隨時(shí)間推移而逐漸增加的趨勢。其中，蘆葦群落土壤有機(jī)碳、全氮儲量年增長量分別為(983.68±73.91)和(85.22±6.45) g·m-2，互花米草群落土壤有機(jī)碳、全氮儲量年增長量分別為(594.50±230.86)和(69.56±32.85) g·m-2，海三棱藨草群落土壤有機(jī)碳、全氮儲量年增長量分別為(521.96±116.58)和(44.67±16.40) g·m-2。由于蘆葦、互花米草和海三棱藨草群落在春季進(jìn)入生長期[21]，無法進(jìn)行大量光合作用生產(chǎn)營養(yǎng)物質(zhì)，此時(shí)生物體的主要營養(yǎng)物質(zhì)由根系吸收土壤中積累的物質(zhì)來提供。同時(shí)，冬季到翌年春季，會有大量土壤有機(jī)碳分解礦化[25]，因此春季土壤中有機(jī)碳和全氮儲量相對較低。夏季為植物的生長旺季，植物的葉片發(fā)育成熟，開始通過光合作用固定碳素并將其輸送到土壤，因此土壤有機(jī)碳儲量呈現(xiàn)增長趨勢[26]。同時(shí)，該時(shí)期根系也發(fā)育成熟，土壤微生物大量繁殖且夏季溫度適宜微生物進(jìn)行固氮作用，所以土壤全氮儲量也呈現(xiàn)增長趨勢。在秋季，植被地上生物量枯萎，倒伏的莖葉為表層土壤提供了豐富的碳源與氮源，地下部分死根的腐解也為深層土壤提供碳源與氮源。

圖4 不同鹽沼植被土壤全氮儲量的季節(jié)變化與垂直分布Fig.4 Seasonal variations and vertical distribution of total nitrogen stock in the soil of the marsh relative to type of vegetation

圖5 不同區(qū)域土壤有機(jī)碳與全氮儲量的關(guān)系Fig.5 Relationships between soil organic carbon and total nitrogen stocks relative to site

在秋季環(huán)境溫度下降，土壤呼吸速率減弱，更有利于碳氮的積累[25]，所以，土壤對碳氮具有積累作用表現(xiàn)為土壤碳氮儲量隨時(shí)間推移而增加。而受潮汐作用最大的光灘區(qū)域，其土壤碳氮元素主要來自輸沙沉積作用。在該區(qū)域，潮汐輸入的顆粒物沉降，顆粒物附著的有機(jī)質(zhì)成為光灘土壤中碳素與氮素的重要來源[27]，同時(shí)崇明東灘濕地為淤漲型濕地，表層土壤中碳氮物質(zhì)在埋藏過程中隨時(shí)間累積，導(dǎo)致土壤中有機(jī)碳和全氮儲量呈現(xiàn)隨時(shí)間推移而逐漸積累的趨勢。

濱海濕地前沿的海三棱藨草群落土壤有機(jī)碳和全氮儲量明顯小于互花米草與蘆葦群落。研究區(qū)域蘆葦與互花米草群落地上部分和地下部分總生物量分別可達(dá)(4 655.1±717.1)和(5 750.7±813.1) g·m-2，而海三棱藨草群落總生物量為(812.7±127.4) g·m-2，明顯小于蘆葦和互花米草群落[18]。由此可見，鹽沼植被生物量是影響河口鹽沼濕地土壤有機(jī)碳和全氮儲量的主要因素。此外，筆者研究結(jié)果表明不同植被類型0～50 cm深度土壤有機(jī)碳儲量和全氮儲量分布相似，表現(xiàn)為海三棱藨草群落土壤有機(jī)碳和全氮儲量均在>10～15 cm土層最高，而互花米草、蘆葦群落土壤有機(jī)碳和全氮儲量均在0～5 cm和>20～30 cm土層達(dá)較大值。已有研究表明，崇明東灘鹽沼植被海三棱藨草群落地下部分生物量垂直分布表現(xiàn)為>5～10 cm土層生物量最大〔(32.4±3.7) g·m-2〕，之后隨土層深度增加而逐漸減小?；セ撞萑郝涞叵虏糠稚锪侩S土層深度增加呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，其地下部分生物量最大值出現(xiàn)在>30～35 cm土層〔(301.8±21.3) g·m-2〕。蘆葦群落地下部分生物量垂直分布特征與互花米草群落相似，其地下部分生物量最大值出現(xiàn)在>30～35 cm土層〔(332.3±14.6) g·m-2〕[9]。筆者研究得出的同植被類型土壤有機(jī)碳儲量和全氮儲量垂直分布特征與上述結(jié)果相似，說明植物地下部分生物量等因素是鹽沼濕地土壤有機(jī)碳和全氮儲量的主要來源。植物體中的碳素與氮素很大一部分會通過凋落物形式輸入土壤，表層土壤有機(jī)碳和全氮儲量較高是受植被凋落物(地上部分)碳氮元素輸入影響所致。深層土壤有機(jī)碳和全氮儲量變化主要受植被根系的影響。而光灘則主要通過潮汐輸入與輸出、微生物分解與顆粒物沉降進(jìn)行有機(jī)碳與全氮的垂直輸送[28-29]。此外，筆者研究結(jié)果表明不同區(qū)域土壤有機(jī)碳與全氮儲量之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，這說明濱海鹽沼濕地有機(jī)碳儲量可反映土壤中潛在活性養(yǎng)分含量，對調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分有很大作用。同時(shí)，土壤有機(jī)碳與氮素循環(huán)間存在耦合關(guān)系，氮素的增加可促進(jìn)植物的生長，進(jìn)而增加有機(jī)碳積累，而有機(jī)碳的分解礦化也可促使氮素向濕地環(huán)境釋放[30]。因此，土壤有機(jī)碳與全氮儲量之間具有顯著相關(guān)性。

4 結(jié)論

筆者對長江口鹽沼濕地土壤有機(jī)碳與全氮儲量時(shí)空分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，崇明東灘鹽沼濕地土壤有機(jī)碳、全氮儲量空間分布呈現(xiàn)蘆葦區(qū)域(高潮灘)> 互花米草區(qū)域(中潮灘)> 海三棱藨草區(qū)域(低潮灘上部)> 光灘，綜合3條樣線，東灘濕地北樣線土壤有機(jī)碳、全氮儲量高于中樣線和南樣線；土壤有機(jī)碳、全氮儲量季節(jié)變化表現(xiàn)為從春季到冬季逐漸增加的特征；不同區(qū)域0～50 cm深度土壤有機(jī)碳、全氮儲量垂直分布特征一致，總體表現(xiàn)為光灘和海三棱藨草有機(jī)碳儲量在>10～15 cm土層最大，互花米草與蘆葦有機(jī)碳儲量較大值出現(xiàn)在0～10和>20～30 cm土層，土壤全氮儲量垂直分布特征與有機(jī)碳相似，且與有機(jī)碳儲量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。結(jié)果表明：植被類型是影響土壤有機(jī)碳、全氮儲量分布的重要因素，潮汐與沉積作用主要影響光灘區(qū)域有機(jī)碳和全氮儲量分布。

[1] DUSSAILLANT A,GALDAMES P,SUN C L.Water Level Fluctuations in a Coastal Lagoon:EI Yali Ramsar Wetland,Chile[J].Desalination，2009,246(1/2/3):202-214.

[2] CHMURA G L,ANISFELD S C,CAHOON D R,etal.Global Carbon Sequestration in Tidal,Saline Wetland Soils[J].Global Biogeochemical Cycles，2003,17(4):1-22.

[3] BRIDGHAM S D,UPDEGRAFF K,PASTOR J.Carbon,Nitrogen,and Phosphorus Mineralization in Northern Wetlands[J].Ecology，1998,79(5):1545-1561.

[4] 仝川,賈瑞霞,王維奇,等.閩江口潮汐鹽沼濕地土壤碳氮磷的空間變化[J].地理研究，2010，29(7):1203-1213.[TONG Chuan,JIA Rui-juan,WANG Wei-qi,etal.Spatial Variations of Carbon,Nitrogen and Phosphorous in Tidal Salt Marsh Soils of the Minjiang River Estuary[J].Geographical Research,2010,29(7):1203-1213.]

[5] Lü Chao-qu,TIAN Han-qin.Spatial and Temporal Patterns of Nitrogen Deposition in China:Synthesis of Observational Data[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres，2007,112(D22):229-238.

[6] ZHOU Jun-lin,WU Ying,KANG Qin-shu,etal.Spatial Variations of Carbon,Nitrogen,Phosphorous and Sulfur in the Salt Marsh Sediments of the Yangtze Estuary in China[J].Estuarine,Coastal and Shelf Science，2007,71(1):47-59.

[7] NICHOLS J D.Relation of Organic Carbon to Soil Properties and Climate in the Southern Great Plains[J].Soil Science Society of America Journal，1984,48(6):1382-1384.

[8] DE KOVEL C G F,VAN MIERLO A E M,WILMS Y J O,etal.Carbon and Nitrogen in Soil and Vegetation at Sites Differing in Successional Age[J].Plant Ecology,2000,149(1):43-50.

[9] 嚴(yán)格,葛振鳴,張利權(quán).崇明東灘濕地不同鹽沼植物群落土壤碳儲量分布[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014,25(1):85-91.[YAN Ge,GE Zhen-ming,ZHANG Li-quan.Distribution of Soil Carbon Storage in Different Saltmarsh Plant Communities in Chongming Dongtan Wetland[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2014,25(1):85-91.]

[10]陳慶強(qiáng),楊艷,周菊珍,等.長江口鹽沼土壤有機(jī)質(zhì)分布與礦化的空間差異[J].沉積學(xué)報(bào),2012,30(1):128-136.[CHEN Qing-qiang,YANG Yan,ZHOU Ju-zhen,etal.Spatial Differentiation of Soil Organic Matter Distribution and Mineralization in the Salt Marsh of the Yangtze Estuary[J].Acta Sedimentologica Sinica,2012,30(1):128-136.]

[11]KENNEDY H,BEGGINS J,DUARTE C M,etal.Seagrass Sediments as a Global Carbon Sink:Isotopic Constraints[J].Global Biogeochemical Cycles,2010,24(4):6696-6705.

[12]牟曉杰,孫志高,劉興土.黃河口不同生境下翅堿蓬濕地土壤碳、氮儲量與垂直分布特征[J].土壤通報(bào),2012，43(6):1444-1449.[MOU Xiao-jie,SUN Zhi-gao,LIU Xing-tu.Storage and Vertical Distribution Characteristics of Carbon and Nitrogen in DifferentSuaedasalsaMarsh Soils of the Yellow River Estuary[J].Chinese Journal of Soil Science,2012,43(6):1444-1449.]

[13]姜俊彥,黃新,李秀珍,等.潮灘濕地土壤有機(jī)碳儲量及其與土壤理化因子的關(guān)系：以崇明東灘為例[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2015,31(4):540-547.[JIANG Jun-yan,HUANG Xin,LI Xiu-zhen,etal.Soil Organic Carbon Storage in Tidal Wetland and Its Relationships With Soil Physico-Chemical Factors:A Case Study of Dongtan of Chongming,Shanghai[J].Journal of Ecology and Rural Environment,2015,31(4):540-547.]

[14]曹浩冰,葛振鳴,祝振昌,等.崇明東灘鹽沼植被擴(kuò)散格局及其形成機(jī)制[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014，34(14):3944-3952.[CAO Hao-bing,GE Zhen-ming,ZHU Zhen-chang,etal.The Expansion Pattern of Saltmarshes at Chongming Dongtan and Its Underlying Mechanism[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(14):3944-3952.]

[15]YANG S L,MILLIMAN J D,LI P,etal.50 000 Dams Later:Erosion of the Yangtze River and Its Delta[J].Global and Planetary Change,2011,75(1/2):14-20.

[16]崔利芳,王寧,葛振鳴,等.海平面上升影響下長江口濱海濕地脆弱性評價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2014，25(2):553-561.[CUI Li-fang,WANG Ning,GE Zhen-ming,etal.Vulnerability Assessment on the Coastal Wetlands in the Yangtze Estuary Under Sea-Level Rise[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2014,25(2):553-561.]

[17]沈煥庭.長江河口物質(zhì)通量[M].北京:海洋出版社,2001:42-91.[SHEN Huan-ting.Material Flux of the Changjiang Estuary[M].Beijing:China Ocean Press,2001:42-91.]

[18]張?zhí)煊?葛振鳴,張利權(quán),等.崇明東灘濕地植被類型和沉積特征對土壤碳、氮分布的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015，35(3):836-843.[ZHANG Tian-yu,GE Zhen-ming,ZHANG Li-quan,etal.Influence of Saltmarsh Vegetation and Sedimentation on the Distribution of Soil Carbon and Nitrogen in the Chongming Dongtan Wetlands[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2015,35(3):836-843.]

[19]孫志高,劉景雙.三江平原典型小葉樟濕地土壤氮的垂直分布特征[J].土壤通報(bào),2009，40(6):1342-1348.[SUN Zhi-gao,LIU Jing-shuang.Vertical Distribution Characteristics of Nitrogen in TypicalCalamagrostisangustigoliaWetland Soils in the Sanjiang Plain[J].Chinese Journal of Soil Science,2009,40(6):1342-1348.]

[20]董洪芳,于君寶,孫志高,等.黃河口濱岸潮灘濕地植物-土壤系統(tǒng)有機(jī)碳空間分布特征[J].環(huán)境科學(xué),2010，31(6):1594-1599.[DONG Hong-fang,YU Jun-bao,SUN Zhi-gao,etal.Spatial Distribution Characteristics of Organic Carbon in the Soil-Plant Systems in the Yellow River Estuary Tidal Flat Wetland[J].Environmental Science,2010,31(6):1594-1599.]

[21]葛振鳴,王天厚,施文彧,等.崇明東灘圍墾堤內(nèi)植被快速次生演替特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(9):1677-1681.[GE Zhen-ming,WANG Tian-hou,SHI Wen-yu,etal.Secondary Succession Characteristics of Vegetations on Reclaimed Land Inside Chongming Wetland Seawall[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2005,16(9):1677-1681.]

[22]鄧自發(fā),安樹青,智穎飆,等.外來種互花米草入侵模式與爆發(fā)機(jī)制[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(8):2678-2686.[DENG Zi-fa,AN Shu-qing,ZHI Ying-biao,etal.Preliminary Studies on Invasive Model and Outbreak Mechanism of Exotic Species,SpartinaalternifloraLoisel[J].Acta Ecologica Sinica,2006,26(8):2678-2686.]

[23]張利權(quán),雍學(xué)葵.海三棱藨草種群的物候與分布格局研究[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào),1992,1(16):43-51.[ZHANG Li-quan,YONG Xue-kui.Studies on Phenology and Spatial Distribution Pattern ofScirpusmariqueterPopulation[J].Acta Phytoecologica et Geobotanica Sinica,1992,1(16):43-51.]

[24]李鴻博,史錕，徐德應(yīng).植物過程對土壤有機(jī)碳含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005，16(6):1163-1168.[LI Hong-bo,SHI Kun,XU De-ying.Effects of Plant Process on Soil Organic Carbon Concentration[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2005,16(6):1163-1168.]

[26]陳慶強(qiáng),周菊珍,孟翊,等.長江口鹽沼灘面演化的有機(jī)碳累積效應(yīng)[J].自然科學(xué)進(jìn)展,2007,17(5):614-623.[CHEN Qing-qiang,ZHOU Ju-zhen,MENG Yi. Organic Carbon Accumulation in Salt Marsh Land Surface Evolution of Yangtze Estuary[J].Progress in Natural Science,2007,17(5):614-623.]

[27]石曉勇,王修林,韓秀榮,等.長江口鄰近海域營養(yǎng)鹽分布特征及其控制過程的初步研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2003,14(7):1086-1092.[SHI Xiao-yong,WANG Xiu-lin,HAN Xiu-rong,etal.Nutrient Distribution and Its Controlling Mechanism in the Adjacent Area of Changjiang River Estuary[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2003,14(7):1086-1092.]

[28]YANG S L,XU K H,MILLIMAN J D,etal.Decline of Yangtze River Water and Sediment Discharge:Impact From Natural and Anthropogenic Changes[J].Scientific Reports,2015,5:12581.

[29]劉敏,侯立軍,許世遠(yuǎn),等.長江口潮灘有機(jī)質(zhì)來源的C、N穩(wěn)定同位素示蹤[J].地理學(xué)報(bào),2004,59(6):918-926.[LIU Min,HOU Li-jun,XU Shi-yuan,etal.Carbon and Nitrogen Stable Isotopes as Tracers to Source Organic Matter in the Yangtze Estuary[J].Acta Geographica Sinica,2004,59(6):918-926.]

[30]吳綻蕾,王東啟,李楊杰,等.長江口崇明東灘海三棱藨草對沉積物有機(jī)碳庫的貢獻(xiàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(11):3639-3646.[WU Zhan-lei,WANG Dong-qi,LI Yang-jie,etal.The Contribution ofScirpusmariqueterto Sediment Carbon Storage of Chongming East Tidal Flat Wetland in Yangtze River Estuary[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2016,35(11):3639-3646.]

(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Distribution of Soil Carbon and Nitrogen Stocks in Salt Marsh Wetland in Dongtan of Chongming.

CHENHuai-pu,ZHANGTian-yu,GEZhen-ming,ZHANGLi-quan

(State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China)

Coastal salt marsh wetlands are important pools of carbon and nitrogen. Spatio-temporal distributions of the soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) stocks therein are affected by both biological and environmental factors. In this paper, spatio-temporal distribution and vertical distribution (0-50 cm) of soil organic carbon and total nitrogen stocks in the Dongtan wetlands during 2013 was studied. Results show that both the SOC and TN stocks varied seasonally, following an order of winter > autumn > summer > spring, and accumulated with the time passing by, and varied spatially, too, showing a decreasing order ofPhagmitesaustralisbelt in high tidal marsh >Spartinaalterniflorabelt in medium-tidal marsh >Scirpusmariqueterbelt in low-tidal marsh > bare mudflat. However, along the belts, regardless of vegetation, the SOC and TN stocks was higher in the northern transect than in the middle and southern transects. Vertically the stocks distributed in the soil profiles in similar patterns in all areas. Generally SOC stock peaked in the >10-15 cm soil layer in the mudflat andS.mariquetermarsh, and in the surface soil layer(0-10 cm soil layer) and the >20-30 cm soil layer in theP.australismarsh andS.alternifloramarsh. The vertical distribution of TN stock was quite similar to that of SOC stock, showing an extremely significant positive correlation (P<0.01). All the findings in this study suggest that in the study area the type of the vegetation in the salt marsh is the major factor affecting the SOC and TN stocks, while in the bare mudflat, tide and sedimentation are the major affecting factors.

saltmarsh wetland; SOC and TN stock; spatio-temporal distribution; Chongming Dongtan

2016-02-04

上海市科委“海洋科技”重點(diǎn)項(xiàng)目(14DZ1206004)；國家自然科學(xué)基金(41571083)；國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題(2015KYYW03)

S154.1

A

1673-4831(2017)03-0242-10

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.03.007

陳懷璞(1990—)，女，甘肅定西人，碩士生，主要從事濕地碳、氮循環(huán)方面的研究。E-mail： huaipuchen@163.com

① 通信作者E-mail： liquanzhang@sklec.ecnu.edu.cn