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Temporal and spatial distribution of soil organic carbon and its storage in the coastal wetlands of Jiaozhou Bay, China.

胶州湾滨海湿地土壤有机碳时空分布及储量


在胶州湾选取芦苇、碱蓬、光滩及大米草4种典型滨海湿地类型,分季节和层次采集土壤样品,测定土壤有机碳含量,分析滨海湿地土壤有机碳的时空分布及储量.结果表明: 垂直方向上,除光滩湿地沿剖面呈先减小后稍有上升的趋势外,其他湿地均随土壤深度的增加而减小;水平方向上,湿地土壤有机碳含量表现为大米草湿地>光滩湿地>碱蓬湿地>芦苇湿地;季节上,湿地土壤有机碳含量表现为春季>夏季>秋季>冬季.土壤有机碳含量与土壤含盐量、含水率、TN及C/N呈正相关,与土壤容重、pH值呈负相关.不同类型湿地土壤剖面有机碳密度表现为光滩湿地>芦苇湿地>碱蓬湿地,湿地类型对土壤有机碳含量和有机碳密度分布的影响存在一定差异.因储碳层厚度及储碳层内有机碳密度的差异,光滩湿地单位面积有机碳储量明显高于碱蓬和芦苇湿地,具有较大的储碳潜能,对研究区滨海湿地起到一定的碳汇作用.
 

This study selected four typical types of wetlands around Jiaozhou Bay including Spartina anglica wetland, the barren wetland, Suaeda glauca wetland and Phragmites australis wetland, to analyze and compare the contents of soil organic carbon (SOC) and their stock with seasonal and vertical variations. The results showed that the SOC contents of S. anglica wetland, S. glauca wetland and P. australis wetland all decreased with the increasing soil depth except that the concentration of SOC in the barren wetland showed a decreasing trend first, and then increased slightly along the soil profile. S. anglica wetland ranked first in SOC content, followed by the barren wetland, S. glauca wetland and P. australis wetland. Seasonally, the SOC contents in Jiaozhou Bay coastal wetlands were in an order of spring>summer>autumn>winter. Correlation analysis demonstrated that SOC content was positively correlated with soil salinity, moisture content, TN and C/N. Negative relationships were observed between SOC content and pH, and between SOC content and soil bulk density. The carbon densities of soil profile were in a decreasing order of the barren wetland, P. australis wetland and S. glauca wetland. There were some differences in the distributions of SOC and carbon density among the various types of wetlands. The barren wetland had a significant higher value for carbon stock per unit area than P. australis wetland and S. glauca wetland due to the differences in carbon density and thickness of carbon storage layer, playing a significant role in the carbon sink process of coastal wetlands.


全 文 :胶州湾滨海湿地土壤有机碳时空分布及储量
訾园园  郗  敏∗  孔范龙  李  悦  杨  玲
(青岛大学环境科学与工程学院, 山东青岛 266071)
摘  要  在胶州湾选取芦苇、碱蓬、光滩及大米草 4种典型滨海湿地类型,分季节和层次采集
土壤样品,测定土壤有机碳含量,分析滨海湿地土壤有机碳的时空分布及储量.结果表明: 垂
直方向上,除光滩湿地沿剖面呈先减小后稍有上升的趋势外,其他湿地均随土壤深度的增加
而减小;水平方向上,湿地土壤有机碳含量表现为大米草湿地>光滩湿地>碱蓬湿地>芦苇湿
地;季节上,湿地土壤有机碳含量表现为春季>夏季>秋季>冬季.土壤有机碳含量与土壤含盐
量、含水率、TN及 C / N呈正相关,与土壤容重、pH值呈负相关.不同类型湿地土壤剖面有机碳
密度表现为光滩湿地>芦苇湿地>碱蓬湿地,湿地类型对土壤有机碳含量和有机碳密度分布的
影响存在一定差异.因储碳层厚度及储碳层内有机碳密度的差异,光滩湿地单位面积有机碳
储量明显高于碱蓬和芦苇湿地,具有较大的储碳潜能,对研究区滨海湿地起到一定的碳汇
作用.
关键词  滨海湿地; 土壤有机碳; 时空分布; 碳储量
Temporal and spatial distribution of soil organic carbon and its storage in the coastal wet⁃
lands of Jiaozhou Bay, China. ZI Yuan⁃yuan, XI Min∗, KONG Fan⁃long, LI Yue, YANG Ling
(School of Environmental Science and Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, Shan⁃
dong, China) .
Abstract: This study selected four typical types of wetlands around Jiaozhou Bay including Spartina
anglica wetland, the barren wetland, Suaeda glauca wetland and Phragmites australis wetland, to
analyze and compare the contents of soil organic carbon (SOC) and their stock with seasonal and
vertical variations. The results showed that the SOC contents of S. anglica wetland, S. glauca wet⁃
land and P. australis wetland all decreased with the increasing soil depth except that the concentra⁃
tion of SOC in the barren wetland showed a decreasing trend first, and then increased slightly along
the soil profile. S. anglica wetland ranked first in SOC content, followed by the barren wetland, S.
glauca wetland and P. australis wetland. Seasonally, the SOC contents in Jiaozhou Bay coastal wet⁃
lands were in an order of spring>summer>autumn>winter. Correlation analysis demonstrated that
SOC content was positively correlated with soil salinity, moisture content, TN and C / N. Negative
relationships were observed between SOC content and pH, and between SOC content and soil bulk
density. The carbon densities of soil profile were in a decreasing order of the barren wetland, P. au⁃
stralis wetland and S. glauca wetland. There were some differences in the distributions of SOC and
carbon density among the various types of wetlands. The barren wetland had a significant higher
value for carbon stock per unit area than P. australis wetland and S. glauca wetland due to the
differences in carbon density and thickness of carbon storage layer, playing a significant role in the
carbon sink process of coastal wetlands.
Key words: coastal wetland; soil organic carbon; temporal and spatial distribution; carbon storage.
本文由国家自然科学基金项目(41101080)和山东省自然科学基金项目(ZR2014DQ028, ZR2015DM004)资助 This study was supported by the Na⁃
tional Natural Science Foundation of China (41101080), and Shandong Natural Science Foundation (ZR2014DQ028, ZR2015DM004).
2015⁃12⁃09 Received, 2016⁃04⁃19 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: ximin@ qdu.edu.cn
应 用 生 态 学 报  2016年 7月  第 27卷  第 7期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2016, 27(7): 2075-2083                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201607.004
    湿地土壤有机碳库作为陆地生态系统中重要的
碳库之一,在全球碳循环中起着重要作用[1] .土壤中
有机碳不仅显著影响湿地生态系统的生产力,也是
气候变化的敏感指示因子,能够指示湿地对气候变
化的响应[2] .近几十年来,在全球气候变化日益加剧
背景下,湿地土壤有机碳库作为大气 CO2的重要碳
汇[3],在稳定全球气候变化中的贡献被日益重
视[4],湿地土壤有机碳的相关研究受到国内外学者
的高度关注.目前,全球对湿地土壤有机碳的研究,
重点关注了土壤有机碳的空间变异、迁移转化及其
组分特征等;研究对象的类型集中在内陆沼泽湿地、
湖泊湿地及高寒湿地等[5-10],其他类型湿地研究相
对较少.
滨海湿地处于陆地和海洋的交错地带,其生态
系统水文波动频繁,从而对有机碳的存储、释放及形
态转化具有独特的调节作用.当前国内相关学者对
滨海湿地土壤有机碳的研究已开展了部分工
作[11-16],相关研究主要集中在长江口、黄河口、杭州
湾、闽东、苏北潮滩湿地等区域,重点关注不同植被
类型及不同土地利用方式下土壤有机碳分布及其影
响因素等,且大多以单次采样的空间分析为主.与其
他类型湿地相比,对滨海湿地土壤有机碳所开展的
研究相对薄弱,且缺乏时间和空间综合尺度上的系
统分析.基于此,本文选取已被列入“国家重要湿地
名录”的胶州湾滨海湿地为研究区域,从时间和空
间综合尺度上系统研究土壤有机碳(SOC)含量的分
布特征及其储量,探讨土壤有机碳含量与土壤理化
性质间的相关关系,旨在进一步补充和完善滨海湿
地土壤有机碳的研究工作,以期为滨海湿地土壤有
机碳储量及碳汇研究提供基础资料,为该区滨海湿
地的保护利用与管理提供科学依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
胶州湾湿地是山东半岛面积最大的河口海湾型
湿地,湿地总面积约 17.76×104 hm2,主要分布在胶
州湾的北部、西北部沿岸.据青岛市百年气象资料统
计,胶州湾湿地年平均降雨量为 900 mm,年均温度
12 ℃,无霜期 220 d 左右,属于温带季风气候,受海
洋季风调节,冬季寒冷干燥、夏季高温多雨,雨热同
季,四季分明.本试验区设在大沽河口、洋河口,其
中,大沽河作为青岛的母亲河,流域面积达 6131.3
km2,其流量约占注入胶州湾的 4 条主要河流(大沽
河、墨水河、白沙河及洋河)总流量的 85.6%,是其中
最大的一条河流,大沽河河口湿地也是青岛市最大
的一片湿地;洋河是流入胶州湾的一条较大河流,洋
河干流全长 49 km,流域面积达到 303 km2,自 1963
年从国外引进大米草种植以来,洋河口湿地逐渐形
成典型的大米草草滩,是本文研究大米草的重要样
地.研究区内主要植被有芦苇(Phragmites australis)、
碱蓬(Suaeda glauca)、大米草(Spartina anglica)、白
茅( Imperata cylindrica)、柽柳(Tamarix chinensis)、盐
角草(Salicornia europaea)等[17],土壤沉积物类型主
要为砂质粉砂,其次为粘土质粉砂.
1􀆰 2  样品采集与分析
分别于 2014 年 1 月(冬季)、4 月(春季)、7 月
(夏季)、10月(秋季),根据湿地水文条件及植被分
布状况,在胶州湾滨海湿地选取 4 种具有代表性的
湿地类型(芦苇湿地 LW、碱蓬湿地 JP、光滩湿地
GT、大米草湿地 DMC)进行采样研究(采样区域分
布见图 1),每种湿地类型设置数量不等的采样点
(LW区 2个;JP 区 3个;GT区 4 个;DMC 区 2 个),
采样时每个采样点分别挖掘 3 个平行土壤剖面,每
个剖面采集 0~10、10~20、20~40、40~60 cm的土样
(待样品风干后,将平行土壤剖面同一土层样品混
合来代表该样点对应土层样品),同时用环刀取原
状土,测定不同层次土壤容重.取土后迅速将土壤装
入密封袋中带回实验室,自然风干后,剔除可见的动
植物残体等,磨细过 100目筛,用四分法取其中一部
分,保存待测.
图 1  胶州湾滨海湿地采样区域
Fig.1   Location of sampling area in the coastal wetlands of
Jiaozhou Bay.
LW:芦苇湿地 Phragmites australis wetland; JP:碱蓬湿地 Suaeda
glauca wetland; GT:光滩湿地 Barren wetland; DMC:大米草湿地
Spartina anglica wetland. 下同 The same below.
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    土壤有机碳含量用重铬酸钾氧化法测定[18],土
壤容重、pH、含盐量、含水率分别用环刀法、电位法、
电导率法、烘干法测定[19],土壤总氮(TN)与碳氮比
(C / N)用德国耶拿 EA2000元素分析仪测定[20] .
采用 Excel 2003对试验数据进行初步整理,采
用 SPSS 17.0对整理的数据进行相关性分析和单因
素方差分析(LSD法进行多重比较).采用 Origin 7.5
和 CorelDRAW12进行绘图.
1􀆰 3  计算方法
1􀆰 3􀆰 1土壤有机碳密度  土壤有机碳密度通常指单
位体积土体中土壤有机碳质量.土壤剖面第 i 层有
机碳密度 (C i, kg·m
-3 )是相应土层有机碳含量
(SOC i,g·kg
-1)与容重(Di,g·cm
-3)的乘积,公式
如下:
C i =SOC i×Di
1􀆰 3􀆰 2单位面积有机碳碳储量  土壤剖面第 i 层单
位面积有机碳碳储量(Ti,kg·m
-2)是相应土层有机
碳密度(C i,kg·m
-3)与该土层深度(Hi,m)的乘积,
公式如下:
Ti =C i×Hi
一定剖面深度范围内(m ~ k 层)单位面积 SOC
总储量(Tt )为 m ~ k 层 SOC 储量(Ti )之和,公式
如下:
TT =∑Ti( i = m,m + 1,…,k)
2  结果与分析
2􀆰 1  胶州湾湿地土壤有机碳含量分布特征
2􀆰 1􀆰 1垂直分布特征  胶州湾滨海湿地表层 SOC 含
量较高,除光滩湿地 SOC含量沿剖面向下先减小后
稍有上升之外,其他湿地类型具有相似的剖面变化
规律,表现为向剖面下层含量逐渐下降(图 2),这种
变化趋势与其他湿地土壤有机碳的研究结果[16]相
似.各类型湿地 SOC 含量峰值均出现在表层 0 ~ 10
cm范围内.光滩湿地、碱蓬湿地、芦苇湿地和大米草
湿地 SOC 含量垂直变化范围分别为 8. 71 ~ 9. 85、
6.74~7.52、5.91~ 7.83、10.77 ~ 13.60 g·kg-1 .另外,
不同湿地类型 SOC含量 0 ~ 60 cm 不同土层有机碳
含量的变异系数在 4.0%~17.8%,平均值为 8.7%.根
据雷志栋等[21]通过变异系数(CV)对土壤空间变异
性进行划分:CV<10%为弱变异性,10% ~100%为中
等变异性,CV>100%为强变异性.据此说明,胶州湾
土壤有机碳含量变化属于弱变异.
土壤有机碳在剖面上的垂直分布规律主要与植
图 2  4类湿地 SOC含量随土壤深度的变化
Fig.2  Changes of SOC content of four kinds of wetland with the
soil depth.
图 3  4类湿地 SOC含量的水平分布
Fig.3  Horizontal distributions of SOC content of the four kinds
of wetland.
不同字母表示不同湿地类型间差异显著(P<0.05) Different letters in⁃
dicated significant difference among different wetland types at 0.05 level.
被凋落物和根系分布有关[14,22-23] .地表大量的枯枝
落叶,经腐殖质化及淋溶过程由表层向深层机械迁
移;土壤表层是植被根系分布的重要区域(特别是
碱蓬湿地),植物根系随土壤深度增加而减少,死根
腐解为土壤提供了丰富的碳源,以上可以解释除光
滩湿地外其他 3类湿地 SOC 含量的垂直分布特征.
对于光滩湿地,土壤表层受海洋潮汐作用强烈,潮水
冲刷带来的沉积物逐渐沉积[13],造成表层 SOC 含
量最高,同时沉积物更新替换快,进而促进有机碳的
淋溶和土壤剖面底部有机碳的后续累积[11],造成光
滩湿地 SOC含量先下降后稍有增加.
2􀆰 1􀆰 2水平分布特征   胶州湾滨海 4 种湿地类型
SOC含量在 6. 33 ~ 13. 03 g·kg-1,平均值为 8. 75
g·kg-1 .图 3 可以看出,研究区 4 种类型湿地 SOC
含量表现为大米草湿地(12.10 g·kg-1) >光滩湿地
(9.22 g·kg-1)>碱蓬湿地(7.05 g·kg-1)>芦苇湿地
(6.60 g·kg-1).经单因素方差分析,除碱蓬湿地和
芦苇湿地 SOC含量差异不显著外,其他湿地类型间
差异显著 .另外,经分析距海洋由近至远分布的光
77027期                            訾园园等: 胶州湾滨海湿地土壤有机碳时空分布及储量           
图 4  胶州湾滨海湿地不同区域范围内 SOC含量、含盐量和含水率的分布
Fig.4  Distributions of SOC contents, salinity and moisture content in different areas in the coastal wetlands of Jiaozhou Bay.
滩、碱蓬和芦苇 3 个样地的 SOC 含量、含水率和含
盐量的数据表明,有机碳含量从海向陆地方向沿水
盐梯度呈现递减规律(图 4).
    研究区植被覆盖区域(大米草湿地、碱蓬湿地
和芦苇湿地)SOC含量并不完全高于几乎无植被覆
盖的光滩湿地,说明该区域土壤有机碳的来源除湿
地植物外,还受外源输入、土壤理化性质及潮汐作用
等影响.大米草湿地长期处于海水淹渍状态,土壤内
部缺氧或厌氧,有机碳分解缓慢,且人为干扰小,大
米草本身光合速率及生产能力较强,通过枝叶和根
系等枯萎凋落向土壤中输入大量有机质,其生长和
发育过程对潮滩淤涨起着控制作用,滩面的沉积速
率较高,有利于营养物质的埋藏和保存,可增加潮滩
湿地有机碳的累积量[13] .对于光滩湿地,虽然土壤
表面几乎无植被覆盖,其有机碳含量高主要是因为
有机质来源较广,由于处于低潮滩、地势低,有机物
质随地表径流或地下水向海洋方向流动,部分有机
物质在此堆积[12],并且受到海洋的影响,水流和泥
沙中大量的有机质在涨落潮流作用下被频繁地往返
搬运,使藻类、海洋悬浮物等有机质滞留在土壤
中[24];另外,从有机碳的输出来看,光滩湿地土壤含
盐量最高,土壤微生物活性受抑制,使有机碳降解量
相对较少[25],致使光滩的有机碳含量较高.相比芦
苇湿地,碱蓬湿地离海较近,土壤含水率、含盐量都
较高,有机碳氧化分解能力较弱,易发生积累.且本
研究区的芦苇湿地靠近养殖池塘,人为影响较大,存
在人工收割加之牲畜啃食、踩踏等影响,使大部分地
上生物量被移走,导致植物枯落物归还量小,从而导
致该湿地类型的土壤有机碳含量低于其他湿地
类型.
从所获得的不同研究区域、不同湿地类型的
SOC含量(表 1)分析,胶州湾湿地与同为滨海湿地
的其他湿地[14,26]相比,因具有相似的海滨环境及植
被类型,其 SOC 含量相当.但是与其他类型湿
地[27-29]相比,其 SOC 含量较低,原因是滨海湿地土
壤盐渍化严重,植物种类和数量等生物量均少于其
他类型湿地,有机碳的补充和累积有限.另外,区域
气候、成土年龄、土壤潜育化程度等的差异,如泥炭
沼泽广布的三江平原,因其特殊的形成过程,有机碳
含量远高于其他湿地;青海湖高寒湿地低温条件下,
有机碳分解困难等,也是造成胶州湾湿地土壤有机
碳低于其他类型湿地的原因.
2􀆰 2  胶州湾湿地土壤有机碳含量的季节动态变化
胶州湾滨海湿地土壤有机碳含量表现出季节变
化特征(图 5),总体表现为 4 月(春季) >7 月(夏
季)>10月(秋季)>1 月(冬季),但是 4—10 月大米
草湿地 SOC含量先骤减后又增加,7、10月芦苇湿地
土壤有机碳含量偏高 .差异性分析结果表明,光滩
表 1  胶州湾滨海湿地与其他湿地 SOC含量比较
Table 1  Comparison of SOC contents between coastal wetlands of Jiaozhou bay and other wetlands
湿地类型
Wetland type
土壤有机碳含量
SOC content
(g·kg-1)
土层深度
Profile depth
(cm)
参考文献
Reference
青海湖高寒湿地 Alpine wetlands in Qinghai Lake 19.20 0~40 [27]
闽东滨海湿地 Coastal wetlands in eastern Fujian 5.34~12.94 0~60 [14]
三江平原沼泽湿地 Marsh wetlands in Sanjiang Plain 60.00~295.00 0~200 [28]
杰拉许海峡(南极洲)Gerlache Strait (Antarctica) 4.50~14.50 - [26]
美国东南部湿地 Swamp in the southeastern United States 180.10 0~100 [29]
胶州湾滨海湿地 Coastal wetlands in Jiaozhou Bay 6.33~13.03 0~60 本研究 This study
8702 应  用  生  态  学  报                                      27卷
图 5  4类湿地 SOC含量随季节的变化
Fig.5  Changes of SOC content of four kinds of wetland in all
seasons.
湿地 1月 SOC含量与 4、7月存在显著差异,碱蓬湿
地 1月与 4、7和 11月存在显著差异,大米草湿地 7
月与 4、11月存在显著差异,各湿地其他月份之间差
异性不显著.
    土壤有机碳的积累主要由有机质输入与不同类
型碳的矿化速率间的平衡决定[30] .各季节 SOC 含量
的差异与温度、土壤生物、湿地的干湿交替等因素相
关.1月,温度低,微生物活性低,秋季残留的植被凋
落物等被封存,使得 SOC 含量最低.4 月,上一年封
存的植被凋落物、土壤动物及微生物残体是土壤有
机碳的重要来源,春季温度逐渐升高,土壤微生物活
性和数量增加,促进土壤有机质矿化[31];且 4 月植
物刚刚开始萌芽,对土壤养分的吸收利用低,使大量
有机碳储存在土壤中.7 月,植被生长旺盛,地表凋
落物数量较小,而土壤微生物活性却因土壤温度升
高而迅速升高,有机碳矿化率相对升高;且在植被生
长旺盛期,对土壤养分的利用率提高,养分通过根不
断地被输送到地上部分,使得土壤中的养分含量相
对较低[32] .多数研究表明,10 月地表大量的枯落物
是土壤有机碳重要的来源[8,30] .本研究与其研究结
果存在差异,分析认为是由于区域气候不同所导致,
根据实际调研情况,10月研究区地表凋落物量仍较
少,凋落物对土壤有机碳的贡献很小,造成 10 月土
壤有机碳来源少,使其含量偏低,这也从侧面说明在
较大尺度上气候是土壤有机碳分布空间差异性的主
导因素[33] .
另外,4—10月大米草湿地 SOC 含量先骤减后
又增加,原因是大米草湿地夏季受潮汐海流影响严
重,潮间带水动力混合作用强烈,带走大量地表枯落
物等残体及部分可溶性有机质[34-35],导致有机碳来
源大量减少;夏季过后,潮汐作用减弱,海水带来的
有机质及植被枯落物滞留在土壤表层,增加 SOC 含
量.芦苇湿地 7、10 月有机碳含量偏高,主要是因为
研究区 7月芦苇湿地干湿交替现象明显,相关研究
表明,干湿交替时期植物残体的分解常数比连续渍
水或干旱的条件下大得多[36],且干湿交替会引起土
壤收缩和膨胀,使一些土壤团聚体中的有机质暴露
出来,从而增加有机碳含量[37] .
2􀆰 3  胶州湾湿地土壤有机碳含量与土壤理化因子
间的相关关系
土壤保持养分的能力主要取决于土壤的理化性
质[38] .对胶州湾湿地土壤有机碳、含盐量、pH 值、容
重、含水率、TN 和 C / N 的相关性检验表明(表 2),
SOC含量与上述土壤理化因子均显著(P<0.05)或
极显著(P<0.01)相关,其中,SOC 含量与含盐量、含
水率、碳氮比、全氮呈正相关;与容重、pH 呈负相关.
由各土壤理化因子之间的相关关系进一步说明,土
壤容重、电导率、含盐量、pH、含水率、TN、C / N 等各
因子之间相互影响,并共同对土壤有机碳的累积产
生影响.
湿地 SOC含量与土壤容重具有极显著的负相
关关系,相关系数为-0.875(P<0.01).研究区湿地土
壤容重在 0. 64 ~ 1. 44 g · cm-3,平均值为 1. 15
g·cm-3 .土壤容重是反映土壤物理性质的重要指
标,它与土壤的水、热状况密切相关,通过影响土壤
持水、蓄水性能及植物生长来影响湿地土壤有机碳
表 2  SOC含量与土壤理化因子的相关系数
Table 2  Correlation coefficients between SOC contents and physico⁃chemical factors
参数
Parameter
SOC含量
SOC content
土壤容重
Buik density
含盐量
Salinity
pH 含水率
Moisture content
总氮 TN
容重 Bulk density -0.875∗∗
含盐量 Salinity 0.867∗∗ -0.828∗∗
pH -0.316∗ 0.351∗ -0.276
含水率 Moisture content 0.832∗∗ -0.927∗∗ 0.771∗∗ -0.335∗
总氮 TN 0.300∗ -0.437∗∗ 0.180 -0.190 0.275
C / N 0.755∗∗ -0.626∗∗ 0.777∗∗ -0.309∗ 0.646∗∗ -0.299∗
∗∗P<0.01; ∗ P<0.05.
97027期                            訾园园等: 胶州湾滨海湿地土壤有机碳时空分布及储量           
含量[39] .土壤容重越小,孔隙度越大,通气状况有所
改善,有利于土壤动物和好气微生物的活动,从而有
利于枯落物分解,有机碳含量越高.
湿地 SOC含量与土壤含盐量呈极显著正相关,
相关系数为 0.867(P<0.01).土壤的高含盐量限制
土壤微生物的种类和活动,使有机碳矿化作用减弱,
且高盐度的环境抑制土壤 CO2的释放,致使土壤中
有机质累积[25] .
湿地 SOC含量与含水率呈极显著正相关,相关
系数为 0.832(P<0.01),这与李鸿博等[40]对 3 种林
下 SOC含量与水含量的研究结果一致.土壤水分条
件通过影响土壤的通气性进而影响土壤固有有机碳
的矿化分解和外源有机碳的降解[7],进而影响土壤
持有的有机碳量.
湿地 SOC含量与 pH 呈显著负相关,相关系数
为-0.316(P<0.05).本研究结果发现,不同层次土壤
pH在 7~9.pH是土壤的一个基本性质,通过影响微
生物的活动而影响土壤对有机碳的固定和累积能
力[41-42] .
湿地 SOC含量与 TN 呈显著正相关,相关系数
为 0.300(P<0.05),可见氮在胶州湾滨海湿地土壤
中主要以有机氮的形态存在.这与邵学新等[13]对杭
州湾滨海湿地,以及廖晓娟等[14]对闽东滨海湿地土
壤碳氮相关关系的研究结果一致.
湿地 SOC含量与 C / N极显著正相关,相关系数
为 0.755(P<0.01).土壤 C / N 是反映土壤氮素矿化
能力和土壤有机质分解的重要指标,C / N 的高低对
土壤微生物的活动能力有一定的促进或抑制作用.
刘景双等[22]在研究三江平原沼泽湿地中表明,土壤
的 C / N达到平衡时,土壤碳是否能保持在一定程度
上取决于土壤氮素的水平.王维奇等[43]研究也发
现,土壤碳的分解速率与土壤 C / N存在显著负相关
关系.
2􀆰 4  胶州湾湿地土壤剖面有机碳密度及单位面积
有机碳储量
2􀆰 4􀆰 1土壤剖面有机碳密度  土壤有机碳密度不仅
是碳储量估算的一个主要参数,其本身也是反映不
同生态系统有机碳蓄积特征的一项重要指标[44] .由
表 3分析可知,不同湿地类型(由于大米草湿地长
期存在积水,土壤容重采集不准确,所以该区域的有
机碳密度未考虑)土壤剖面有机碳密度平均值大小
为光滩(10.04 kg·m-3) >芦苇(8.52 kg·m-3) >碱
蓬(8.42 kg·m-3);垂直方向上,3 类湿地 0 ~ 10 cm
土壤剖面有机碳密度明显高于其他土层.湿地类型
表 3  不同土层深度的 SOC密度
Table 3  SOC densities in different soil depths in the wet⁃
lands
土层深度
Soil depth
(cm)
湿地类型 Wetland type
GT JP LW
0~10 11.31±0.15 9.27±0.88 9.89±0.67
10~20 9.76±0.30 8.20±0.53 8.30±0.50
20~40 9.58±0.68 8.34±0.81 8.29±1.35
40~60 9.50±0.51 7.87±0.24 7.61±0.72
GT: 光滩湿地 Barren wetland; JP: 碱蓬湿地 Suaeda glauca wetland;
LW: 芦苇湿地 Phragmites australis wetland.
对土壤有机碳含量和有机碳密度的影响程度存在一
定差异,主要与不同湿地类型土壤容重的差异有
关[45],此外,与其所处的地形地貌、温度、水文环境
也存在一定关系[46] .光滩湿地、碱蓬湿地、芦苇湿地
土壤剖面有机碳密度在垂直方向上的变异系数分别
为 8.5%、7.2%、11.3%,表明碱蓬湿地土壤有机碳密
度垂直变异程度较大,光滩次之,芦苇湿地较小,主
要与人类干扰程度、土壤容重特征等[47]有关.
2􀆰 4􀆰 2单位面积有机碳储量  因储碳层厚度及储碳
层内有机碳密度的差异[44],不同湿地类型间土壤有
机碳储量不同(图 6).在 0 ~ 10 cm 土层,光滩湿地、
碱蓬湿地、芦苇湿地的土壤单位面积有机碳储量分
别为 1.13、0.93 和 0.99 kg·m-2;0 ~ 60 cm 土层,单
位面积有机碳储量分别为 5. 92、 4. 99 和 5. 00
kg·m-2,相比较而言,光滩湿地有机碳储量最高,碱
蓬和芦苇湿地较低且二者差异不大.说明光滩湿地
具有较大的储碳潜能,加之光滩湿地水分盐度高等,
不利于有机碳的输出,使得光滩湿地对于抑制研究
区湿地生态系统温室气体(CO2、CH4等)的释放具
有较大贡献.与其他湿地单位面积有机碳储量相比,
黄河三角洲湿地为 1.17~2.41 kg·m-2[48]、崇明东滩
滨海湿地为 2.32 kg·m-2[49]、天津滨海新区湿地为
(4.70±1.91) kg·m-2[50]、美国东部海岸成熟湿地为
图 6  不同土层深度的 SOC储量估算值
Fig.6  SOC storage estimates in different soil depths.
0802 应  用  生  态  学  报                                      27卷
(5.83±0.25) kg·m-2[51],本研究区结果与其数量级
相同,但在数值上存在一定程度的差异,主要是因为
不同区域土壤属性、湿地发育程度、采样季节、深度
及有机碳含量测定方法等不同.
3  结    论
胶州湾滨海湿地 4 种不同类型 SOC 含量在
6.33~13.03 g·kg-1,平均值为 8.75 g·kg-1 .在垂直
方向上,除光滩湿地 SOC含量沿剖面向下先减小后
稍有上升之外,其他类型湿地表现为沿剖面向下逐
渐减小.在水平方向上表现为大米草湿地>光滩湿地
>碱蓬湿地>芦苇湿地.水文、植被、人类活动等是影
响有机碳空间分布的重要因素.
受气候、潮汐、土壤生物等因素影响,胶州湾滨
海湿地 SOC含量季节变化趋势总体表现为春季>夏
季>秋季>冬季.SOC含量与土壤含盐量、含水率、TN
及 C / N呈正相关,与土壤容重、pH 呈负相关.土壤
中各环境因子之间相互影响,并共同对湿地土壤有
机碳的累积产生影响.
不同湿地类型土壤剖面有机碳密度平均值为光
滩(10. 04 kg·m-3) >芦苇(8. 52 kg·m-3) >碱蓬
(8.42 kg·m-3),湿地类型对土壤有机碳含量和有
机碳密度的影响程度存在差异,主要与不同湿地类
型土壤容重、地形地貌、温度、水文环境有关.因储碳
层厚度及储碳层内有机碳密度的差异,不同湿地类
型间单位面积有机碳储量(0 ~ 60 cm)也不相同,光
滩湿地明显高于其他两类湿地.
土壤取样、计算方法、容重等参数估算及土层厚
度等方面的差异,易导致大尺度范围上土壤有机碳
库估算的变异性,因此有关湿地土壤有机碳储量的
研究需进一步加强土壤剖面资料的补充,使得土壤
有机碳储量估算更加准确,且统一和完善试验方法
及估算方法,增强土壤有机碳储量的可比性.
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作者简介  訾园园,女,1989 年生,硕士研究生.主要从事湿
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责任编辑  杨  弘
訾园园, 郗敏, 孔范龙, 等. 胶州湾滨海湿地土壤有机碳时空分布及储量. 应用生态学报, 2016, 27(7): 2075-2083
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