蘆曉峰, 熊 智, 張亦舒, 劉 冰, 王鐵良

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院, 沈陽 110866; 2.遼寧環(huán)境監(jiān)測試驗(yàn)中心, 沈陽 110161)

遼河河口蘆葦濕地沉積物中有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)空變化

蘆曉峰1, 熊 智1, 張亦舒1, 劉 冰2, 王鐵良1

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院, 沈陽 110866; 2.遼寧環(huán)境監(jiān)測試驗(yàn)中心, 沈陽 110161)

以遼河河口蘆葦濕地為研究對(duì)象，對(duì)濕地土壤沉積物中有機(jī)質(zhì)含量的變化規(guī)律進(jìn)行研究,分別研究了濕地沉積物中有機(jī)質(zhì)(SOM)在時(shí)間、空間上的變化規(guī)律。結(jié)果表明：時(shí)間變化上，近河區(qū)和遠(yuǎn)河區(qū)的蘆葦濕地沉積物中SOM含量受時(shí)間影響顯著，其中在9月份和10月份SOM含量較高，9月份SOM含量出現(xiàn)最大值。空間變化上，縱向上只有表層0—10 cm深度和其他深度(10—20 cm，20—30 cm，30—40 cm，40—50 cm)以及10—20 cm與40—50 cm深度的SOM含量上有顯著的差異，其他深度間差異并不明顯。遠(yuǎn)河區(qū)濕地沉積物在4月、5月、6月、9月、10月份時(shí)，0—10 cm和10—20 cm深度的沉積物中SOM含量較高，最大值多數(shù)在0—10 cm深度的沉積物上。在7月份和8月份時(shí)，0—10 cm深度沉積物的SOM含量最低。近河區(qū)濕地沉積物中SOM含量變化與遠(yuǎn)河區(qū)相比有差異，在4月、5月、6月、7月、8月份時(shí)受地表徑流影響較為明顯，SOM含量的最大值并不顯著，各深度間SOM含量相差不大，20—40 cm深度的SOM含量略高。在9月、10月份，SOM最大值在0—10 cm深度的沉積物上，其他深度SOM含量相差不大。并且縱向上各深度間的SOM含量存在著線性相關(guān)關(guān)系。橫向上在S1—3與S2—3位于緩沖區(qū)與試驗(yàn)區(qū)的交界處，SOM含量較高；S1—6與S2—6和S2—7位于緩沖區(qū)與核心區(qū)的交界附近且SOM含量較高，這些點(diǎn)的SOM含量均遠(yuǎn)高于其他各點(diǎn)的SOM含量。通過研究SOM含量的時(shí)空變化，更加清楚地認(rèn)識(shí)SOM的變化規(guī)律，為合理利用和開發(fā)蘆葦濕地以及控制濕地污染，探究碳儲(chǔ)量提供數(shù)據(jù)支持。

蘆葦濕地; 沉積物; 有機(jī)質(zhì); 時(shí)間; 空間

濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)正成為全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究中的一大熱點(diǎn)，在穩(wěn)定全球氣候變化中占有重要地位，其重要性主要表現(xiàn)在濕地土壤是陸地重要的有機(jī)碳庫，土壤碳密度高，能夠相對(duì)長期地儲(chǔ)存碳，是多種溫室氣體的源和匯[1]。碳是天然濕地土壤中的關(guān)鍵生源要素，其含量變化直接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[2]。濕地土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)是氣候變化的一種敏感指示物，能用來指示對(duì)氣候變化的響應(yīng)[1-3]。碳的源和匯是一個(gè)復(fù)雜的問題，并且在氣候領(lǐng)域是有爭議的問題[4]。它隨時(shí)間的變化是取決于氣候狀態(tài)和濕地歷史的狀態(tài)[5]。凈碳儲(chǔ)存有很多潛在的影響因素，包括本地植物物種組成和生產(chǎn)力，分解率，外來沉積物輸入，鹽度、潮差、人類活動(dòng)等[6]。濕地沉積物較高的濕度，并通過土壤呼吸、微生物作用和根呼吸作用對(duì)殘骸的分解起到積極作用，從而影響SOM的歸還率[7]。有機(jī)質(zhì)的含量有明顯的空間和季節(jié)的變化，和大多數(shù)濱海濕地一樣，有機(jī)質(zhì)含量從近海到內(nèi)陸逐漸減少；有機(jī)質(zhì)的季節(jié)變化主要是由水動(dòng)力的改變所引起的[8]。濕地被廣泛稱為“流域之腎”，這是因?yàn)闈竦匦纬沙练e物的效力和水域表面營養(yǎng)物質(zhì)的承載力[9]。SOM的凈保留量和植物的腐殖質(zhì)可以調(diào)查研究多數(shù)的濕地[10]。與其他的生態(tài)系統(tǒng)相比較，碳儲(chǔ)量較高的濕地為氣候的調(diào)節(jié)提供著至關(guān)重要的作用[11]。土地的利用是影響濕地碳儲(chǔ)量和流動(dòng)的主要因素，在濕地排水和后續(xù)農(nóng)業(yè)和林業(yè)的轉(zhuǎn)換中，導(dǎo)致無氧條件下大幅增加SOM的分解，從而會(huì)使大量的碳釋放到空氣中[5]。有機(jī)質(zhì)的輸入和輸出的平衡決定著濕地沉積物中碳的累積[12]。在春天時(shí)節(jié)里土壤有機(jī)質(zhì)含量在表層最高，可能由分解植物的殘?bào)w造成的[13]。碳與大氣的交換是變化的，這由于季節(jié)的變化和短期氣象條件下被驅(qū)使的沼澤水文的變化[14]。

土壤沉積物中SOM含量的變化不僅能說明SOM儲(chǔ)量水平的變化趨勢，同時(shí)還能體現(xiàn)濕地的污染狀況。并且濕地中SOM的輸入和輸出方式的不同，也使得整個(gè)濕地沉積物中的SOM含量上不同。而人類的不合理開發(fā)與利用濕地，也是濕地沉積物中營養(yǎng)結(jié)構(gòu)變化和紊亂的主要原因。濕地沉積物中SOM含量的差異研究，對(duì)解決濕地的富營養(yǎng)化和合理利用濕地有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與概況

遼河河口濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于遼寧省盤錦市境內(nèi)，地處渤海遼寧灣頂部遼河入海處，是全國最大的濕地自然保護(hù)區(qū)，其蘆葦面積居世界第一?？偯娣e約1 214.72 km2，周邊地區(qū)主要是葦塘、農(nóng)田、灘涂和海域[15]。遼寧遼河河口濕地是遼河三角洲最具典型、原有濕地生態(tài)特征保存最好的區(qū)域，區(qū)內(nèi)具有大面積的蘆葦[16]。由于工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得遼河河口濕地的環(huán)境受到了一定程度的影響。石油的開采，旅游業(yè)的發(fā)展，生活污水的排放，養(yǎng)殖業(yè)的普遍等，都成為干擾濕地生態(tài)系統(tǒng)正常發(fā)展的因素。

1.2 樣品采集與分析

以遼寧省盤錦市遙感圖像為選點(diǎn)和選線依據(jù)，通過對(duì)野外的實(shí)地勘測調(diào)查，采用GPS技術(shù)進(jìn)行精確的定位。本次采樣按自然保護(hù)區(qū)功能劃分依據(jù)來采集樣本，共采集16個(gè)不同采樣點(diǎn)的樣本(圖1)。其中試驗(yàn)區(qū)有4個(gè)采樣點(diǎn)，緩沖區(qū)有4個(gè)采樣點(diǎn)，核心區(qū)有8個(gè)采樣點(diǎn)。遼河河口濕地的蘆葦一個(gè)完整的生長期在4—10月。因此，采集的時(shí)間也是從4月到10月。其中發(fā)芽期約在4月1日到5月10日，營養(yǎng)發(fā)育期約在5月11日到7月13日，生殖期約在7月14日到8月31日，成熟期約在9月1日到10月31日。采集土樣時(shí)，各采樣點(diǎn)附近隨機(jī)取3個(gè)土樣，采用取土鉆(長10 cm，直徑10 cm)分別取0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，30—40 cm，40—50 cm深度的土樣。采樣時(shí)間從2013年4月開始到2014年10月結(jié)束，累積1 120個(gè)土樣。

圖1采樣區(qū)域圖

將第一份采集樣品在陰涼處風(fēng)干，在土樣半干的狀態(tài)時(shí)，將其捏碎。在各采樣點(diǎn)附近所采集的三個(gè)樣品均勻混合，并用四分法處理。在土樣風(fēng)干后，去除根系和雜質(zhì)，用玻璃棒研磨過2 mm 尼龍篩。取200 g沉積物樣品，用瑪瑙研缽研磨過100目(0.154 mm)篩。SOM含量測定采用重鉻酸鉀稀釋熱法[17-18]。測試過程所用的試劑全部為優(yōu)級(jí)純，所用的蒸餾水為超純水。測試中每個(gè)樣品均重復(fù)測定3次，同時(shí)加入中國國家標(biāo)準(zhǔn)土壤參比物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制，分析結(jié)果符合質(zhì)控要求。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

本文數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0(顯著水平取0.05)；繪圖利用Sigmaplot 12.5繪制。在時(shí)間和空間上應(yīng)用單因素方差分析的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示時(shí)間和空間的橫向?qū)OM含量影響是非常顯著的。空間縱向上顯著性不明顯。但縱向的各深度間的線性相關(guān)性較為顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕地沉積物SOM含量的變化規(guī)律

2.1.1 濕地沉積物SOM含量隨時(shí)間的變化規(guī)律 遠(yuǎn)河區(qū)S1中(圖2)。4月份SOM含量較低。4—5月份和6月份時(shí)SOM含量升高，7月、8月份SOM含量有小幅度的下降。在9月、10月份SOM含量較高，遠(yuǎn)大于其他月份，9月份的SOM含量取得最大值，近河區(qū)S2和遠(yuǎn)河區(qū)SOM的變化規(guī)律相似。出現(xiàn)此SOM變化規(guī)律的原因是：4月份沉積物溫度低，累積在地表的殘枝落葉、動(dòng)物的殘骸及土壤沉積物中的死亡根系受微生物的分解作用也較弱，因此沉積物中有機(jī)質(zhì)的輸入量較少。而蘆葦處在萌芽期，需要吸收一定量的有機(jī)質(zhì)，因此4月份土壤沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量較低。5月、6月、7月份溫度升高，表層分解作用增強(qiáng)，SOM輸入量增加；蘆葦處在發(fā)育期吸收一定的SOM，但吸收量小于輸入量，因此SOM含量會(huì)上升。7月、8月份溫度最高，沉積物中分解作用大，呼吸作用也較強(qiáng)，造成SOM輸入沉積物中的量小于5月、6月份；蘆葦處于生長期，大量吸收SOM，因此7月、8月份SOM含量有小幅度的下降。9月份到10月份為蘆葦?shù)某墒炱?，有大量的枯枝殘葉凋落并且產(chǎn)生一定量的死根，輸入來源上有所增加；而蘆葦?shù)某墒炱趯?duì)土壤沉積物中的SOM需求上會(huì)逐漸減少，因此輸出上會(huì)有所減少，所以9月份沉積物中SOM含量有所累積達(dá)到最大值。10月份時(shí)，氣溫大幅度下降，表層分解速率下降。因此9月份的SOM含量上要高于10月份SOM的含量。圖中顯示S1—5中6月份SOM含量較高，可能是由于S1—5(大橋東北側(cè))在6月份時(shí)受人為干擾較為嚴(yán)重，使得SOM含量輸入量增加。

濕地沉積物中有機(jī)質(zhì)的輸入依賴于有機(jī)殘?bào)w歸還量的多少及有機(jī)殘?bào)w的分解[13]。有機(jī)殘?bào)w歸還量的多少及有機(jī)殘?bào)w的腐殖化系數(shù)決定了土壤有機(jī)物質(zhì)的輸入量[18-19]。濕地土壤的有機(jī)質(zhì)含量取決于有機(jī)物的輸入量和輸出量。天然濕地土壤中的有機(jī)質(zhì)主要來源于土壤原有機(jī)質(zhì)的礦化和動(dòng)植物殘?bào)w的分解，有機(jī)質(zhì)的輸出量則主要包括分解和侵蝕損失，受各種生物和非生物條件的控制[20]。蘆葦濕地的土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于生長在其上的自然植被的殘?bào)w，(地上部的枯枝落葉、地下部的死亡根系及根的分泌物)及動(dòng)物殘?bào)w。自然土壤的蘆葦濕地，土壤有機(jī)質(zhì)主要分為兩大類：一類是有機(jī)殘?bào)w組成的有機(jī)化合物，它包含于正在分解著的有機(jī)殘?bào)w中，是這些有機(jī)殘?bào)w的分解產(chǎn)物或利用這些殘?bào)w的微生物代謝產(chǎn)物和合成產(chǎn)物；另一類是普遍存在于土壤和江湖河海底部淤泥中的腐殖物質(zhì)，是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成部分[21]。蘆葦生長的過程也是部分器官枯萎的過程。3—6月蘆葦生物量增加很快，這時(shí)枯萎的葉子很少。6月份到8月份時(shí)，生長進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定期，枯萎量維持在20%以下。9月之后，蘆葦枯萎加快；10月立枯生物量所占比例平均為32.2%[22]。Howard-William和Brix指出，植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)只是臨時(shí)的儲(chǔ)存，這部分儲(chǔ)存會(huì)達(dá)到飽和，并且隨著植物的枯萎，營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)逐漸釋放出來[23-24]。10月份的蘆葦進(jìn)入成熟期，其根系固定了較多的碳，并且地表有大量的枯落物，成為表層土壤SOM重要的來源[25]。

圖2S1，S2濕地沉積物SOM含量隨時(shí)間的變化規(guī)律

2.1.2 濕地沉積物SOM含量的空間變化 遠(yuǎn)河區(qū)S1的空間分布輪廓線圖3?？v向上，4月份各深度間SOM含量差異并不明顯；5月、6月、9月、10月4個(gè)月份，在0—10 cm附近有一個(gè)極值點(diǎn)，即SOM含量較高；7月、8月份表層0—10 cm深度的SOM含量最低，SOM含量的最高值則集中在20—30 cm深度上。出現(xiàn)以上規(guī)律原因是：4月份溫度低，各深度沉積物分解作用相差不大，蘆葦處在萌芽期對(duì)SOM需求并不大，因此縱向上差異不大。5月、6月份沉積物在0—10 cm深度沉積物的分解作用都較強(qiáng)，大量的SOM從表層向下輸入，因此表層SOM含量最高。7月、8月份雖然表層SOM分解作用較強(qiáng)，但由于溫度高，表層的呼吸作用也非常強(qiáng)，使部分SOM釋放在空氣中。7月、8月份蘆葦對(duì)SOM的需求量也較高，因此表層SOM含量最小。9月、10月份溫度逐漸降低，表層動(dòng)植物殘?bào)w累積量最大，SOM仍然不斷從表層輸入，且蘆葦需求量大大減低，因此0—10 cm深度SOM含量最高。橫向上，4月、5月、6月、7月、8月、10月6個(gè)月份的時(shí)間里，在S1—3點(diǎn)出現(xiàn)極大值，范圍為12～30 g/kg；在6月、8月、9月、10月4個(gè)月份里，S1—6點(diǎn)附近的30 cm和40 cm深度附近出現(xiàn)極大值，范圍為6～20 g/kg。但在S1—3處SOM取得最大值。取樣點(diǎn)S1—3位于加油站附近，加油站附近有可能受原油泄漏，并且此處處于人類活動(dòng)密集的地方，周圍環(huán)境受污染較為明顯，因此沉積物中SOM含量最高。S1—6取樣點(diǎn)為歡八井附近(南側(cè)標(biāo)牌“遼河油田專用公路”標(biāo)記)，受石油的影響也較為明顯，因此在S1—3和S1—6點(diǎn)分別出現(xiàn)SOM含量的最大值點(diǎn)和極值點(diǎn)與事實(shí)是極相符的。

近河區(qū)S2區(qū)域空間變化規(guī)律(圖4)。整體上近河區(qū)S2的SOM含量高于遠(yuǎn)河區(qū)S1的SOM含量。縱向上，4月、5月、6月、7月、8月份的各深度間SOM含量相差不大，但在20—40 cm深度上多出現(xiàn)極大值點(diǎn)。9月、10月份在0—20 cm深度的SOM含量略高于40—50 cm深度，其他深度SOM含量相差不大。近河區(qū)S2的SOM含量高于遠(yuǎn)河區(qū)S1，可能由于河水SOM含量較高，提供了SOM的輸入。而4—8月份縱向SOM含量差異不大，可能由于近河區(qū)地表徑流影響強(qiáng)烈，使得各深度間SOM滲透速度較快，從而不能形成有效的SOM累積。9月、10月份處于河流的旱期，地表徑流作用減弱。因此表層仍然累積量明顯，取得SOM含量的最大值。橫向上，在4月、7月、8月、9月、10月5個(gè)月份里，S2—3和S2—6取樣點(diǎn)的SOM含量明顯高于其他各點(diǎn)的SOM含量，在5月，6月份的S2—7點(diǎn)區(qū)域取得極大值。S2—3點(diǎn)位于勝利塘大橋南側(cè)，S2—6位于八道溝(景區(qū)土路向東)，S2—7位于鴛鴦溝距海較近的位置。即在S2—3，S2—6，S2—7的三個(gè)區(qū)域受人為干擾較為嚴(yán)重，并且遠(yuǎn)河區(qū)S1中，S1—3與S2—3位于緩沖區(qū)與試驗(yàn)區(qū)的交界處，S1—6與S2—6和S2—7也位于緩沖區(qū)與核心區(qū)的交界附近，此區(qū)域與以上區(qū)域相似，SOM含量相對(duì)較高。說明功能區(qū)的邊界受人為干擾而引起有機(jī)質(zhì)含量高于其他非邊界區(qū)域的現(xiàn)象也是與事實(shí)相符的。

圖3S1濕地沉積物SOM含量空間變化規(guī)律

植物的根分解所提供的有機(jī)質(zhì)主要貢獻(xiàn)在表層的0—30 cm深度的土壤[26]，這些根的腐爛分解能增加表層土壤SOM的含量[27]。濕地土壤有機(jī)質(zhì)的組成成分與土層深度密切相關(guān)，并顯著影響著土壤有機(jī)質(zhì)的分解和土壤的呼吸作用[28]?？扇芙獾挠袡C(jī)質(zhì)可從表層向土壤更深處移動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)在沒有植物覆蓋的10—20 cm深度處沉積物產(chǎn)生富積[29]。呂國紅等研究認(rèn)為，7月、8月份土壤SOM含量最低值在0—10 cm深度上，累積峰值位于10—20，20—30 cm；9月土壤有機(jī)碳與7月相反，最高值在0—10 cm，最低值在深度10—20 cm上[30]。王愛軍等研究發(fā)現(xiàn)SOM含量在各類型濕地剖面中均表現(xiàn)為由表層向下逐漸降低的趨勢，并且人為活動(dòng)增加了海岸濕地環(huán)境的SOM含量。Svenja Karstens指出在Michaelsdorf的內(nèi)部區(qū)域碳含量最高發(fā)生在濕地的表層，并且Michaelsdorf區(qū)域內(nèi)也是垃圾最多的地方；在Michaelsdorf區(qū)域測量出的碳儲(chǔ)量比其他區(qū)域的高[31]。由于高生物量的產(chǎn)出和垃圾的富積以及作為棲息地的功能，此蘆葦區(qū)域影響著沉積物的構(gòu)成[32]。在高生物量產(chǎn)出的蘆葦濕地，結(jié)合著污染物停留在沉積物表層，會(huì)使其SOM的堆積速率高于大米草類濕地五倍[33]。本研究中蘆葦濕地沉積物的有機(jī)質(zhì)來源受蘆葦植物的影響，同時(shí)也受人為干擾嚴(yán)重。

圖4S2濕地沉積物SOM含量空間變化規(guī)律

2.1.3 濕地沉積物中表層各深度間SOM含量的相關(guān)性 在沉積物深度對(duì)SOM含量的單因素方差檢驗(yàn)中，結(jié)果為不顯著。可能原因是由于0—50 cm深度處在離地表較近的位置，SOM在此深度下滲的滲透量相差不大。而在SOM含量隨深度的配對(duì)T檢驗(yàn)中看到：不同深度間的SOM含量存在著顯著的相關(guān)性，并且為正相關(guān)。遠(yuǎn)河區(qū)S1和近河區(qū)S2共16個(gè)點(diǎn)各個(gè)深度間的線性模型為：Yi=y0+hXi+1，其中Y1和Xi+1均為SOM的含量(i∈10，20，30，40)。分別表示0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，30—40 cm)，Y0和h均為常數(shù)。

遠(yuǎn)河區(qū)S1中進(jìn)行0—50 cm深度間的線性擬合。擬合結(jié)果中(圖5)，在S1—6點(diǎn)可決系數(shù)R2為0.14，系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)中p=0.477 8>0.05，即說明S1—6的各深度間線性不明顯。S1區(qū)域的其他各點(diǎn)可決系數(shù)R2多在0.75水平以上，系數(shù)顯著性p值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.05，說明各個(gè)深度間的SOM含量線性相關(guān)性明顯。其中，在S1—2點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9以上。

近河區(qū)S2各點(diǎn)的線性擬合結(jié)果(圖6)可決系數(shù)R2均在0.5水平以上，系數(shù)的顯著性水平p值均小于0.001(0.05水平下)。說明遠(yuǎn)河區(qū)S2各點(diǎn)的線性關(guān)系顯著。

出現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系的可能原因是：在0—50 cm深度的蘆葦濕地沉積物中SOM來源于地表微生物分解、有機(jī)質(zhì)下滲和沉積物中有機(jī)物質(zhì)的分解，各深度的SOM由于來源方式的相同和SOM間的相互傳遞，使得各深度間的SOM含量上有相關(guān)關(guān)系。

經(jīng)2014年的數(shù)據(jù)驗(yàn)證得出以上規(guī)律都基本符合，只是2014年SOM含量略高于2013年。也說明濕地SOM的含量也在不斷累積，富營養(yǎng)化現(xiàn)象不容樂觀，因此遼河河口濕地的研究也迫在眉睫。

2.2 討 論

2.2.1 SOM含量的時(shí)間變化 蘆葦濕地沉積物中SOM在時(shí)間尺度上的變化和蘆葦?shù)纳L期是密切相關(guān)的。呂國紅等研究發(fā)現(xiàn)7月，8月份蘆葦濕地表層與其他相應(yīng)的月份各層相比土壤的有機(jī)碳含量最低；9月、10月份的蘆葦濕地有機(jī)碳的含量最高。7月份和8月份的土壤地表溫度相對(duì)較高，而土壤呼吸與地表的溫度成正比，因此土壤呼吸的加強(qiáng)可能是造成土壤表層有機(jī)碳含量低的原因之一[30]。文獻(xiàn)中研究了7月、8月、9月、10月份的土壤有機(jī)質(zhì)含量，并且研究成果與本文出現(xiàn)的規(guī)律完全吻合。

圖5遠(yuǎn)河區(qū)S1不同深度間SOM含量的關(guān)系

在萌芽期(4月、5月份)時(shí)沉積物中SOM含量較低，低于7月、8月份，可能由于溫度較低，分解作用較弱，蘆葦?shù)奈樟枯^少，因此含量最低。發(fā)育期(5月、6月、7月份)的SOM含量略高于7月、8月份，可能由于發(fā)育期的溫度升高，沉積物中有機(jī)質(zhì)分解作用強(qiáng)烈和呼吸作用較弱，使得輸入量遠(yuǎn)大于蘆葦?shù)奈?，因此?huì)有SOM的累積。羅先香等指出，濕地表層土壤，10月份的SOM含量明顯高于5月份的SOM含量，主要原因是：土壤有機(jī)碳的積累主要由有機(jī)質(zhì)輸入與不同類型碳礦化速率間的平衡決定[30]。5月初植物進(jìn)入了旺盛的生長季，土壤中的SOM含量主要取決于上一年的累積，并且經(jīng)過較長時(shí)間的土壤凍結(jié)過程，凍融作用加速了有機(jī)碎屑的分解和有機(jī)碎屑中碳的礦化過程，使得5月初土壤中SOM含量明顯小于10月[34]。本文中出現(xiàn)的時(shí)間變化規(guī)律與以上結(jié)論均相符，并且能清楚知道沉積物中SOM隨整個(gè)蘆葦生長期的變化狀態(tài)，這也是本文的特色所在。但本文在各生長期的SOM變化量上有待進(jìn)一步的研究。

圖6近河區(qū)S2不同深度間SOM含量的關(guān)系

2.2.2 SOM含量的空間變化 蔣薇等指出，在人為干擾作用下白洋淀典型臺(tái)田濕地土壤中有機(jī)碳含量隨土層深度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，累積的峰值在10—20 cm土層上[18]。毛志剛等指出蘆葦灘有機(jī)碳高含量分布區(qū)集中在表層0—10 cm，但隨著深度的增加，有機(jī)碳含量迅速下降。鹽城海濱濕地的各個(gè)植被帶土壤中有機(jī)碳的垂直分布趨勢均表現(xiàn)為自表層向下逐漸降低[35]。謝文霞等研究發(fā)現(xiàn)SOM含量在垂直方向上由表層向下呈逐漸降低的趨勢，峰值大多在表層0—10 cm深度處[36]。以上文獻(xiàn)結(jié)論與本研究相比部分規(guī)律是相符的。在縱向上，本文中沉積物的SOM含量出現(xiàn)規(guī)律是：在遠(yuǎn)河區(qū)的5月、6月、9月、10月份時(shí)最大值在0—10 cm深度時(shí)取得最大值，這與毛志剛等的研究相符。4月份SOM含量相差不大，7月、8月份0—10 cm深度的SOM含量最低，此結(jié)論與前人研究不相符。近河區(qū)4月、5月、6月、7月、8月份的各深度間SOM含量相差不大，9月、10月份在0—20 cm深度SOM取得最大值，此規(guī)律與蔣薇等的研究相符。由此可知SOM的含量空間縱向分布受時(shí)間和地理環(huán)境影響較大，且不同時(shí)間和空間下的SOM含量規(guī)律不同，各深度間的SOM含量還呈現(xiàn)正向相關(guān)的關(guān)系。通過比較近河區(qū)和遠(yuǎn)河區(qū)沉積物SOM空間縱向分布的不同，能了解河水污染的狀況，能清楚知道表層縱向的SOM含量變化。橫向上按照自然保護(hù)區(qū)功能分區(qū)取樣研究是本文的特色之處，研究中發(fā)現(xiàn)功能區(qū)交界處(S1—3，S1—6，S2—3，S2—6，S2—7)SOM含量普遍偏高，這與人為因素密不可分。橫向整體功能區(qū)比較中，也發(fā)現(xiàn)上游試驗(yàn)區(qū)比緩沖區(qū)的SOM含量略高，而緩沖區(qū)比核心區(qū)的SOM略低，由于取樣點(diǎn)數(shù)量的限制只能初步判斷整體變化趨勢，可能原因是上游人工養(yǎng)殖和耕地種植等人類活動(dòng)使得區(qū)域性的SOM含量較高，而核心區(qū)距海較近，受潮汐影響也較為突出，因此造成整體緩沖區(qū)SOM含量略低。本文空間變化研究上也存在著不足，縱向上SOM變化的輸入和輸出的定量上不能實(shí)現(xiàn)，各深度間線性關(guān)系也并不是唯一的相關(guān)關(guān)系，可能存在其他相關(guān)關(guān)系。在確定污染來源和污染范圍上較為粗略，可以在本文的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究。由于季節(jié)交替，人類在河流上活動(dòng)(比如河流上游養(yǎng)魚等)的不確定因素而造成沉積物中SOM含量的變化等方面的研究，需要更多的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)，以清楚認(rèn)識(shí)SOM含量變化的根源。

3 結(jié) 論

遠(yuǎn)近河區(qū)沉積物SOM變化，在時(shí)間尺度上：濕地沉積物中SOM含量受蘆葦?shù)纳L影響較大，不同的蘆葦生長周期其沉積物的SOM含量差異很大。4月份蘆葦萌芽期的沉積物中SOM含量較低。5月份和6月份時(shí)蘆葦發(fā)育期的沉積物中SOM含量升高，7月、8月份蘆葦生殖期的沉積物中SOM含量略低于5月、6月。在9月、10月份蘆葦成熟期的沉積物中SOM含量較高，遠(yuǎn)大于其他月份，9月份的SOM含量取得最大值。

空間尺度上：研究發(fā)現(xiàn)濕地沉積物受河流、深度、橫向地理差異，人為因素影響較為明顯。(1) 近河區(qū)的4月、5月、6月、7月、8月份各深度的SOM含量相差不大，但在20—40 cm深度上多出現(xiàn)極大值點(diǎn)。9月、10月在0—20 cm深度取得最大值。遠(yuǎn)河區(qū)4月份各深度間SOM含量差異并不明顯；5月、6月、9月、10月5個(gè)月份，在0—10 cm SOM含量最高；7月、8月份時(shí)表層0—10 cm深度的SOM含量最低，SOM含量的最高值則集中在20—30 cm深度上。(2) 位于緩沖區(qū)與試驗(yàn)區(qū)的交界處的S1—3，S2—3，以及緩沖區(qū)與核心區(qū)的交界附近的S1—6，S2—6和S2—7區(qū)域，其SOM含量明顯高于其他各區(qū)域，并且整體上試驗(yàn)區(qū)的SOM含量略高于緩沖區(qū)，而緩沖區(qū)的SOM含量略低于核心區(qū)。

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SpatialandTemporalVariabilityofOrganicMatterQualityofSedimentinReed(Phragmitesaustralis)WetlandoftheLiaoheEstuary

LU Xiaofeng1, XIONG Zhi1, ZHANG Yishu1, LIU Bing2, WANG Tieliang1

(1.CollegeofWaterConservancy,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110866,China;2.LiaoningProvincialEnvironmentalMonitoringCenter,Shenyang110161,China)

Taking reeds in Liaohe estuary as samples of study, we aim to study the variation of total organic carbon (SOM) content of the wetland sediment and make a research of the change rules of SOM in time and space, respectively. It turned out that in the aspect of time, the SOM content was significantly influenced by time in reed wetland sediments of near and far riverfront, especially in September and October, it had higher SOM content of sediment and the highest in September. In the aspect of space, the surface sediment SOM content (0—10 cm) was significant different from other sediments in depths (10—20 cm, 20—30 cm, 30—40 cm, 40—50 cm), and the difference between the SOM content of sediment in depth of 10—20 cm and that in the depth of 40—50 cm was significant, the SOM contents in other depth sediments had no obvious difference. At far riverfront and in April, May, June, September and October, the SOM contents of sediments in 0—10 cm and 10—20 cm depths were higher, and the maximum value of SOM content occurred in 0—10 cm depth. In July and August, the content of SOM was the least in the sediment in the depth of 0—10 cm. Compared with the far riverfront, the SOM content of near riverfront sediment was significant different because of the influence of the surface runoff in the months of April, May, June, July and August, the maximum value of the SOM content was not significant and the difference of SOM contents was small in different depths of sediments, but the SOM content was slightly higher than others in the depth of 20—40 cm sediment; in September and October, the maximum value of the SOM content occurred in the depth of 0—10 cm sediment and others were approximately equal. There was a linear correlation between the SOM content and the depth in the longitude. The area of S1—3 and S2—3 had the highest SOM content when it was located in the border between buffer and test area from the horizontal point of view, and the area of S1—6, S2—6 and S2—7 had the highest SOM content when it stayed near the border between the buffer and the core area. SOM contents in those areas were higher than the others. By studying the variations of the contents of SOM in time and space, it is clear to understand the change rules of SOM contents, what′s more, it can provide data for rational usage, development of reed wetlands, control of wetland pollution and exploration of the carbon stock.

wetland; sediment; organic carbon matter; spatial variation; temporal variation

2016-09-07

：2016-09-29

國家自然科學(xué)資助項(xiàng)目(31200392);遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年科技創(chuàng)新人才項(xiàng)目(2015048)

蘆曉峰(1981—),男,遼寧省綏中縣人,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,從事水土環(huán)境與生態(tài)工程方面研究。E-mail:13654906041@163.com

王鐵良(1965—),男,遼寧省黑山縣人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,從事水土環(huán)境與生態(tài)工程方面研究。E-mail:tieliangwang@126.com

S153.6+2

：A

：1005-3409(2017)05-0069-10