全 文 ：杭州湾滨海湿地土壤有机碳含量及其分布格局*
邵学新1 摇 杨文英1,2 摇 吴摇 明1**摇 蒋科毅1
( 1 中国林业科学院亚热带林业研究所国家林业局杭州湾湿地生态系统定位研究站, 浙江富阳 311400; 2 西南大学资源环境
学院, 重庆 400716)
摘摇 要摇 通过研究杭州湾自然潮滩湿地和围垦湿地土壤有机碳含量及其分布格局,揭示湿地
植被演替、外来物种入侵和围垦活动对土壤有机碳分布的影响.结果表明:潮滩湿地土壤表层
有机碳含量在 4郾 41 ~8郾 58 g·kg-1,平均值 6郾 45 g·kg-1 .不同植被类型下表层土壤有机碳表现
为:芦苇(8郾 56依0郾 04 g·kg-1)>互花米草(7郾 31依0郾 08 g·kg-1)>海三棱藨草(5郾 48依0郾 29 g·kg-1)
>光滩(4郾 47 依0郾 09 g·kg-1 );围垦湿地表层土壤有机碳表现为:20 世纪 60 年代 (7郾 46 依
0郾 25 g·kg-1)> 2003 年(5郾 12依0郾 16 g·kg-1)>20 世纪 80 年代(1郾 96依0郾 46 g·kg-1),即土壤
有机碳含量随围垦时间延长表现为先降低后升高的趋势;土壤有机碳在垂直剖面上均表现为
由表向下逐渐降低的趋势.潮滩湿地和围垦湿地的土壤有机碳与 pH呈显著负相关,与总氮呈
显著正相关,表明在土壤中氮主要以有机氮的形态存在.潮滩湿地有机碳与碳氮比相关性不
明显,而围垦湿地具有显著正相关性,说明围垦利用对湿地土壤碳氮比产生了一定影响.研究
表明,潮滩湿地土壤固碳能力随着植物群落演替逐步增强,而外来入侵种互花米草的大量入
侵和扩散将有可能降低潮滩湿地生态系统土壤的储碳功能.围垦引起的土壤水分、颗粒组成
的变化以及耕作、土地利用和利用历史是影响围垦湿地土壤有机碳分布的主要原因.
关键词摇 杭州湾摇 滨海湿地摇 植被演替摇 围垦摇 有机碳
*中国林业科学院基本科研业务费专项(CAFYBB2008018)和国家“十一五冶科技攻关项目(2006BAD03A1902)资助.
**通讯作者. E鄄mail: hangzhoubay@ 126. com
2010鄄07鄄27 收稿,2010鄄12鄄06 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)03-0658-07摇 中图分类号摇 S153摇 文献标识码摇 A
Soil organic carbon content and its distribution pattern in Hangzhou Bay coastal wetlands.
SHAO Xue鄄xin1, YANG Wen鄄ying1,2, WU Ming1, JIANG Ke鄄yi1 ( 1Wetland Ecosystem Research
Station of Hangzhou Bay, State Forestry Administration, Research Institute of Subtropical Forestry,
Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, Zhejiang, China; 2College of Resources and Envi鄄
ronment, Southwest China University, Chongqing 400716, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22
(3): 658-664.
Abstract: In this paper, the soil organic carbon (SOC) content and its distribution pattern in the
natural intertidal zones and reclaimed wetlands of Hangzhou Bay were studied, aimed to explore the
effects of vegetation succession, exotic species invasion, and reclamation on the SOC in costal wet鄄
lands of the Bay. In intertidal zones, the surface SOC content ranged from 4郾 41 to 8郾 58 g·kg-1,
with an average of 6郾 45 g·kg-1, and differed significantly under different vegetations, with a tend鄄
ency of under Phragmites australis (8郾 56依0郾 04 g·kg-1) > Spartina alterniflora (7郾 31依0郾 08 g·
kg-1) > Scirpus mariqueter (5郾 48依0郾 29 g·kg-1) > mudflats (4郾 47依0郾 09 g·kg-1); in reclaimed
wetlands, the surface SOC content was 7郾 46依0郾 25 g·kg-1 in the 1960s, 1郾 96依0郾 46 g·kg-1 in
the 1980s, and 5郾 12依0郾 16 g·kg-1 in 2003, showing a trend of increased after an initial decrease
with increasing reclamation year. The SOC in the profiles all showed a decreasing trend from the
surface to the bottom. The SOC in intertidal zones and reclaimed wetlands was significantly nega鄄
tively correlated with soil pH, and positively correlated with soil total nitrogen (TN), suggesting a
large reserve of organic nitrogen in TN. The correlation between SOC and soil C / N ratio was not ob鄄
vious in intertidal zones, but significantly positive in reclaimed wetlands, indicating that reclamation
affected soil C / N ratio to a certain extent. This study showed that in the intertidal zones, soil
carbon sequestration capacity increased gradually with plant community succession. However, the
invasion of exotic species Spartina alterniflora might decrease the capacity of carbon sequestration in
intertidal zones. It was also found that the changes of soil moisture content, particle composition,
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 3 月摇 第 22 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2011,22(3): 658-664
vegetation coverage, and reclamation history were the main factors affecting the SOC distribution in
reclaimed wetlands.
Key words: Hangzhou Bay; coastal wetland; vegetation succession; reclamation; soil organic
carbon.
摇 摇 湿地是地球上主要的碳汇,储藏在不同类型湿
地中的碳约占地球陆地碳总量的 15% [1] . 同时,湿
地也是温室气体排放的一个重要潜在源[2] . 全球变
化研究引起了人们对生态系统中碳储量及分布的日
益关注,湿地土壤有机碳是气候变化的一种敏感指
示物,能用来指示对全球气候变化的响应[3] . 土壤
有机碳的分布及其转化研究成为全球有机碳研究的
热点.
植被类型和人为干扰活动对土壤有机碳含量和
组成具有重要影响,不同植物通过影响土壤有机碳
的输入数量和质量而影响土壤有机碳分布[4];人为
活动通过对湿地的干扰和破坏,使土壤中的有机碳
分解速率加快,导致温室气体的排放量显著增
加[5] .研究土壤有机碳蓄积及其对生物、物理和人
为因素等关键控制因子的响应,是准确预测和评估
碳收支的关键[4] . 我国学者对湿地土壤有机碳含
量、分布及转化进行了大量研究,尤其对淡水沼泽湿
地从土壤物理、化学性质以及人为活动如垦殖和不
同土地利用方式等角度开展了较系统的研究[6-7],
相关学者也对我国河口滨海湿地(如闽江口、长江
口、黄河三角洲和苏北潮滩湿地等)开展了相关工
作,主要关注不同植被类型下土壤有机碳分布以及
土地利用变化的影响[8-10],但目前对围垦利用影响
的研究还不多见.
滨海湿地是我国湿地的重要类型之一.以杭州
湾为界,杭州湾滨海湿地分成杭州湾以北和杭州湾
以南两个部分.杭州湾南岸湿地属于淤涨型滩涂,每
年新增大量湿地面积,同时由于经济发展需要,又被
不断地围垦利用.受自然因素和人为因素的双重影
响,生态系统的不稳定性和脆弱性表现极为突出,是
典型的生态环境脆弱区域.外来种互花米草(Sparti鄄
na alterniflora)的入侵和人为围垦活动已成为影响
该地区湿地土壤有机碳随植被自然演替分布的主要
原因.目前人为活动对滨海湿地的直接或间接影响
正在加剧,根据浙江省滩涂围垦总体规划(2005 -
2020 年),杭州湾南岸慈溪市 2005-2010 年续建和
新建围垦工程将达 1郾 10伊104 hm2;根据《慈溪市滩
涂围垦总体规划(2010-2020 年)》,该地区还将围
涂 1郾 95伊104 hm2 .
本研究对杭州湾滨海湿地不同植被类型及不同
围垦年代下土壤有机碳含量和分布进行研究,探讨
外来种入侵和人为活动对湿地土壤有机碳分布的潜
在影响,以期为滨海湿地的合理开发与保护、退化湿
地的恢复与重建提供理论依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区域概况
杭州湾位于浙江省东部,西接钱塘江,东至东
海,呈喇叭口形状,属河口海湾. 研究区设在杭州湾
南岸慈溪三北滩涂湿地国家林业局杭州湾湿地定位
研究站附近(图 1). 试验样区地理坐标为 30毅17忆-
30毅20忆 N、121毅5忆-121毅10忆 E,属北亚热带海洋性季
风气候,四季分明,年均气温 16 益,年均降水量
1273 mm,日照 2038 h,无霜期 244 d.湿地主要土壤
类型为盐土类的滨海盐土亚类和潮土化盐土. 随高
程的增加和滩涂形成时间的逐渐加长,潮滩湿地伴
有典型的自然生物群落演替序列,依次为光滩、海三
棱藨草(Scirpus mariqueter)和芦苇(Phragmites aust鄄
ralis)生长区[11] . 此外,由于外来种互花米草的入
侵,在海三棱藨草和芦苇生长区之间出现了互花米
草镶嵌群落.
1郾 2摇 样品采集与分析
根据资料收集和现场勘踏,在垂直杭州湾南岸
海岸线方向,选择一条长 4000 m、宽 500 m 的样带,
由北向南布设 7 处样地,分别代表潮滩湿地淤泥质
光滩、不同植被类型湿地和不同围垦年代湿地,样地
图 1摇 研究区域地理位置
Fig. 1摇 Location of the research area.
9563 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 邵学新等: 杭州湾滨海湿地土壤有机碳含量及其分布格局摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 研究区土壤采样点信息
Table 1摇 Information of soil samples in the study area
土地类型
Land type
样点
Sampling site
经纬度
Latitude and longitude
样点描述
Site description
潮滩湿地 GT 30毅20忆48郾 79义 N,121毅11忆42郾 68义 E 光滩 Mudflat
Intertidal zone BC 30毅20忆46郾 09义 N,121毅11忆47郾 04义 E 海三棱藨草 S郾 mariqueter
MC 30毅20忆34郾 77义 N,121毅11忆58郾 84义 E 互花米草 S郾 alterniflora
LW 30毅19忆46郾 8义 N,121毅09忆26郾 0义 E 芦苇 P郾 australis
围垦区 W1 30毅19忆04郾 3义 N,121毅10忆36郾 2义 E 2003 年围垦,芦苇 Reclaimed in 2003, P郾 australis
Reclaimed wetland W2 30毅18忆27郾 8义 N,121毅10忆00郾 9义 E 20 世纪 80 年代围垦,旱地 Reclaimed in the 1980s, dryland
W3 30毅17忆41郾 0义 N,121毅10忆34郾 5义 E 20 世纪 60 年代围垦,旱地 Reclaimed in the 1960s, dryland
详细信息见表 1.每处样地设置 3 个 5 m伊5 m样方,
每个样方内布置 3 ~ 5 个样点,采用收割法和直接剖
面法获取植物地上部分和根系样品. 同时采用
Eijkelkamp土壤取样器取柱状土壤样品,该取样器为
一半圆凿钻,取得的土壤柱状样直径为 6 cm. 由于
该地区滩涂围垦频繁,湿地植物生长年限较短,根系
主要分布在 0 ~ 50 cm土层,因此每个土壤样点取样
深度为 50 cm.将柱状土壤样品按 0 ~ 5、5 ~ 10、10 ~
20、20 ~ 30 和 30 ~ 50 cm 进行分层,同一样方内同
层样品均匀混合为一个样,每种湿地类型获取 3 个
重复样品.
植物样品烘干后测定干物质含量,然后磨碎过
筛.土壤样品去除根系和石砾后,阴凉处风干、研磨、
过筛.采用重铬酸钾容量法测定土壤和植物有机碳
含量,半微量开氏法测土壤全氮含量,土壤 pH 值和
电导率分别用 pH计和电导率仪测定[12] .
采用 SPSS 13郾 0 软件进行 Pearson 相关性分析
和单因素方差分析(LSD法进行多重比较).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 潮滩湿地不同植被类型土壤有机碳含量
潮滩湿地 4 种植被类型土壤表层有机碳含量在
4郾 41 ~ 8郾 58 g·kg-1,平均值 6郾 45依1郾 70 g·kg-1,变
幅较大(图 2). 潮滩植被对土壤有机碳含量有显著
影响,各植被内表层土壤有机碳均显著高于无植被
分布的光滩(4郾 47依0郾 09 g·kg-1).不同植被下土壤
有机碳存在显著差异,表层有机碳含量由高到低依
次为:芦苇(8郾 56依0郾 04 g·kg-1) >互花米草(7郾 31依
0郾 08 g·kg-1)>海三棱藨草(5郾 48依0郾 29 g·kg-1).
各植被带土壤剖面有机碳含量均高于光滩,且
有机碳含量在垂向上均表现为由表向下逐渐降低的
趋势,但不同潮滩植被对土壤有机碳剖面分布的影
响有明显差异(图 2). 芦苇样地的有机碳含量在
10 ~ 30 cm深度出现一个峰值(9郾 34 g·kg-1),甚至
高于表层土壤有机碳含量(8郾 56 g·kg-1). 由于研
究区围垦频繁,自然湿地芦苇生长年限较短,所以芦
苇根系主要集中在 10 ~ 30 cm 深度,使该土层的有
机碳含量较高;30 ~ 50 cm 深度有机碳含量开始下
降(6郾 99 g·kg-1),且低于表土层.尽管互花米草根
系生长也很发达,但土壤剖面有机碳变化趋势与芦
苇不同. 互花米草植被下土壤有机碳主要积累于
0 ~ 20 cm土层,且随土壤剖面加深有机碳含量下降
较快,0 ~ 5 cm土层有机碳含量是30 ~ 50 cm土层的
1郾 5 倍,这可能与该区域互花米草生长年限较短
(<3 a),且互花米草为 C4 植物,对深层土壤有机碳
贡献较小有关[13] . 同时,互花米草根系有机碳含量
也低于芦苇根系(表 2).海三棱藨草根系生长较浅,
主要集中于 0 ~ 10 cm 土层,因而 0 ~ 10 cm 土层有
机碳含量略高于 10 cm 以下土层. 海三棱藨草作为
高等植物的先锋种能在光滩上生长,但其生物量比
芦苇和互花米草小得多,根系有机碳含量相对较低
图 2摇 潮滩湿地土壤剖面有机碳含量
Fig. 2摇 Content of soil organic carbon in intertidal zones (mean
依SD).
GT:光滩 Mudflat; BC:海三棱藨草 S. mariqueter; MC:互花米草 S.
alterniflora; LW:芦苇 P. australis. 下同 The same below.
066 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 2摇 潮滩植物有机碳含量
Table 2摇 Content of organic C of plants in intertidal zones
(mean依SD,%)
样点
Sampling site
地上
Aboveground
根
Root
LW 45郾 6依1郾 6 40郾 5依0郾 9
MC 45郾 3依0郾 1 38郾 0依0郾 3
BC 41郾 2依1郾 5 37郾 8依4郾 7
(表 2),同时,海三棱藨草生长区域频繁受到潮水干
扰等水动力条件影响,因而限制了土壤固碳能力的
提高,不同土层之间有机碳含量差异也不显著.光滩
土壤剖面有机碳含量最小,剖面有机碳含量变异系
数(5% )小于芦苇(11% )和互花米草(17% ),与海
三棱藨草较接近(3% ). 这是由于潮滩湿地光滩表
面的淤泥都是经过潮水冲刷而滞留下来,有机碳含
量较低.
2郾 2摇 不同围垦湿地土壤有机碳含量
围垦后表层土壤有机碳表现为:20 世纪 60 年
代围垦[W3,(7郾 46依0郾 25) g·kg-1 ] >2003 年围垦
[W1,(5郾 12依0郾 16) g·kg-1] >20 世纪 80 年代围垦
[W2,(1郾 96依0郾 46) g·kg-1]. 从剖面来看,土壤有
机碳表现为随深度增加而下降的趋势(图 3). 不同
围垦年代土壤有机碳在表层的变异系数较大,而随
深度增加,变异系数降低.
摇 摇 围垦利用能够直接影响湿地生态系统的碳循环
过程,且围垦利用对生态系统表层土壤的影响比深
层土壤的影响大得多[14] .对比未围垦潮滩湿地芦苇
(LW)、互花米草 (MC)、海三棱藨草 ( BC)、光滩
(GT)表层土壤有机碳和不同围垦年代土壤有机碳
图 3摇 不同围垦年代土壤有机碳含量
Fig. 3摇 Soil organic carbon of different reclamation years (mean
依SD).
W1:2003 年围垦 Redaimed in 2003; W2:20 世纪 80 年代围垦 Re鄄
claimed in the 1980s; W3:20 世纪 60 年代围垦 Reclaimed in the
1960s. 下同 The same below.
含量变化(图 4). 20 世纪 60 年代围垦土壤有机碳
含量显著高于光滩和海三棱藨草土壤(P<0郾 05),略
高于互花米草土壤,但低于芦苇土壤(P<0郾 05);20
世纪 80 年代围垦土壤有机碳比 4 种自然潮滩湿地
都低(P<0郾 05);2003 年围垦土壤高于光滩土壤,但
低于其他 3 种自然植被(P<0郾 05). 从整体趋势来
看,围垦初期,5 ~ 30 a间,土壤有机碳含量呈下降趋
势.但围垦时间达到一定年限后,土壤有机碳含量开
始上升.
2郾 3摇 湿地土壤有机碳、全氮、pH 值、含盐量及碳氮
比的关系
对湿地土壤 pH、含盐量、有机碳、总氮和碳氮比
(C / N)的相关性检验表明(表 3),潮滩湿地和围垦
湿地中土壤 pH 与含盐量、有机碳和总氮之间都表
现为显著负相关. 土壤 pH 通过影响微生物的活动
而影响着土壤对碳氮的固定和累积能力,它是影响
土壤有机碳和全氮空间分布的环境因子之一. 由于
杭州湾湿地新形成的光滩为滩涂盐土,含盐量较高,
pH值较大,随着海三棱藨草和芦苇等植被的生长演
替,土壤环境得到改善,含盐量和 pH 逐渐降低,而
有机碳含量则逐渐增加,因而土壤 pH 对有机碳具
有一定的影响.
自然湿地和围垦湿地土壤有机碳与总氮之间的
相关性都极显著,表明在土壤中氮主要是以有机氮
的形态存在.土壤中碳与氮的相关关系是通过微生
物连接起来的.土壤微生物的活性对于土壤有机碳
分解非常重要,而土壤 C / N的高低对土壤微生物的
活动能力有一定的促进或限制作用[7] . 研究区自然
湿地芦苇 C / N 为 11郾 57依1郾 45、互花米草为 11郾 75依
1郾 85、海三棱藨草为 11郾 15 依1郾 62、光滩为 11郾 88 依
0郾 85.自然湿地土壤有机碳与 C / N之间的相关性不
明显,而围垦湿地则具有显著正相关性,围垦湿地
图 4摇 围垦前后土壤有机碳含量
Fig. 4摇 Soil organic carbon before and after reclamation (mean依
SD).
1663 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 邵学新等: 杭州湾滨海湿地土壤有机碳含量及其分布格局摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 湿地土壤有机碳、全氮、pH值、含盐量和碳氮比的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients of organic C, total N, pH, salinity and C / N in soils of wetlands
pH
A B
含盐量 Salinity
A B
有机碳 Organic C
A B
总氮 Total N
A B
碳氮比 C / N
A B
pH 1 1
含盐量 Salinity -0郾 373* -0郾 413* 1 1
有机碳 Organic C -0郾 750** -0郾 445* 0郾 170 0郾 224 1 1
总氮 Total N -0郾 722** -0郾 432 0郾 077 0郾 227 0郾 925** 0郾 967** 1 1
碳 /氮 C / N -0郾 064 -0郾 486* 0郾 187 0郾 266 0郾 192 0郾 819** -0郾 180 0郾 681** 1 1
A: 潮滩湿地 Intertidal zones;B: 围垦湿地 Reclaimed wetlands. *P<0郾 05; ** P<0郾 01.
C / N随有机碳含量的降低而降低,说明围垦利用造
成湿地土壤有机碳的损失,并对湿地土壤碳氮比产
生影响.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 不同植被类型对湿地土壤有机碳含量的影响
土壤有机碳含量在较大区域尺度上的变异受气
候、成土母质和水文条件等影响较大,而在小区域范
围内,在气候和母质基本一致的条件下,主要受植被
类型的影响.植被主要影响土壤有机碳的输入量和
输入有机碳的质量[4] . 本研究表明,不同植被类型
下土壤有机碳含量的分布趋势与植物地上茎叶和地
下根系有机碳含量的分布趋势相近. 表层土壤有机
碳的重要来源是大量的地表枯落物[15] .对于滨海湿
地,土壤有机碳可以有本地植物(陆源)及浮游和底
栖生物等(海源)两种来源. 通常,陆源和海源有机
质的 C / N分别是>12 和 6 ~ 9[10,16] . 毛志刚等[16]对
盐城滨海湿地的研究表明,表层土壤 C / N的变化格
局基本可反映海源和陆源物质由海向陆沿程分配的
变化,即光滩以海源为主,互花米草和芦苇滩等都以
陆源为主. 高建华等[10]借助常规分析和 C、N 稳定
同位素对该地区不同生态带土壤有机碳来源的辨析
也得到了类似结果. 然而,本调查结果显示,不同类
型下土壤 C / N 都在 11 左右,反映出土壤有机碳的
陆源和海源的混合来源,这可能同该地区围垦活动
剧烈,潮滩各植被发育时间较短有关.前期研究也表
明,光滩、海三棱藨草、互花米草和芦苇群落是杭州
湾滨海湿地演替前期的动态和方向[11] .
土壤有机碳在剖面上的垂直分布也受植被类型
影响,这是因为不同植物的根系分布格局不同,且植
物根系中大量死根的腐解归还,为土壤提供了丰富
的碳源[17],从而影响剖面有机碳的分布.通常而言,
表层土壤有机碳含量较丰富,而过渡层以下,植物根
系分布较少,有机碳含量开始明显降低. 刘景双
等[18]对三江平原沼泽湿地的研究表明,湿地土壤过
渡层一般在 30 cm左右,再往下植物根系难以深入,
分布较少,根系的周转量急剧下降,使该层土壤中有
机碳含量开始明显降低. 对盐城滨海湿地盐沼植被
对土壤碳氮分布特征影响的研究也表明[16],各植被
带土壤有机碳和全氮的分布均呈自表向下逐渐降低
的趋势,15 cm以下其含量基本保持稳定.本研究结
果较之类似,除芦苇湿地外,不同类型土壤剖面有机
碳含量在 30 cm以下趋于一致.
植被是生态演替过程中的重要生物因子[19],但
生态演替不仅包括生态系统内植被等生物群落的变
化过程,还包括非生物组分(如地形、流域、沉积和
营养盐等)在群落演替过程中的变化[20] . 对陆地森
林的原生演替[21]、次生演替[22]以及湿地植被自然
演替过程[8]的研究都发现,植被的固碳能力随着植
物群落演替而逐步增强. 本研究对杭州湾滨海湿地
的调查结果表明,从海三棱藨草演替到芦苇群落的
过程中,在植物群落发生变化的同时,土壤有机碳含
量也逐渐增加,表明土壤固碳能力随植被演替而逐
步增强.
在湿地植被的自然演替过程中,外来种的入侵
可能引起原有生态系统的退化,被认为是滨海湿地
所面临的五大威胁之一[23] . 目前,评价外来植物入
侵对于生态系统影响的研究多集中在地上部分[24],
对于生态系统地下部分以及土壤质量和功能的变化
研究相对较少.已有研究表明,外来植物入侵对生态
系统地下碳循环和碳库产生影响,但由于入侵植物
种类较多以及研究地点环境条件的不同,关于外来
植物入侵对于土壤碳库和土壤有机碳矿化影响的研
究结论并不统一[24] .如法国西部海湾披碱草入侵对
于盐沼湿地土壤全碳含量无显著性影响[25] .美国新
泽西州海岸狐米草(Spartina patens)沼泽的入侵种
为芦苇,虽然两者生物量不同,但土壤有机碳含量无
显著差异[26] . 而 Cheng 等[13]对比入侵长江河口九
段沙湿地自然保护区 7 a 的 C4 植物互花米草群落
土壤碳库和已有 30 a的 C3 本地植物海三棱藨草群
266 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
落土壤碳库,结果为互花米草群落下的土壤比海三
棱藨草下土壤中的全碳、土壤有机碳含量更高,土壤
无机碳含量无显著差别.本研究表明,互花米草植被
下土壤有机碳含量高于海三棱藨草,但低于芦苇植
被.由于互花米草相对潮间带土著植物芦苇具有更
强的竞争优势和更广的生态幅[27],因而其在杭州湾
滨海湿地的大量入侵和扩散将有可能降低自然湿地
生态系统土壤的储碳功能.
3郾 2摇 人为围垦活动对湿地土壤有机碳含量的影响
杭州湾南岸滨海湿地是我国的重要湿地,然而,
由于人多地少、经济发展等需要,该地区滩涂围垦规
模越来越大,滨海湿地有机碳含量受到人为活动直
接或间接的影响也越来越大. 土壤有机碳含量主要
取决于有机物的输入量和输出量,围垦后农业湿地
土壤有机碳除人工施肥外,主要源于土壤原有机物
的矿化和动植物残体的分解,有机碳的输出量则主
要包括分解和侵蚀损失[28] . 而围垦引起的土壤水
分、颗粒组成的变化、耕作、土地利用及利用历史将
对湿地土壤有机碳的输入和输出产生影响,从而影
响湿地土壤有机碳含量和分布. 首先,围垦耕地时,
机械作用使土壤破碎、分散和混合,直接或间接地造
成土壤有机碳含量下降[29] .一般认为, 耕作使土壤
团聚体破碎,从而导致土壤有机质的物理保护层的
破坏,表层土壤有机质充分暴露在空气中.耕作的机
械扰动还会导致土壤呼吸作用的增强,促进了土壤
有机碳的分解作用[30] .耕作措施也使下层土壤不断
翻至表层造成稀释.其次,围垦造成湿地干湿交替环
境的改变.随着湿地的围垦,其地势抬升,地下水位
逐步下降,土壤通气条件改善,有机质分解加快,含
量逐步降低. 再次,围垦造成土壤温度的增高及氧
化鄄还原条件的改变,促进了土壤有机质的分解和土
壤呼吸通量的增大[6] . 此外,不同土地利用方式对
湿地土壤环境均产生影响,如耕作导致湿地土壤有
机质分解加快;围垦农田的收割,使土壤有机质来源
较少,间接影响了土壤碳含量. 研究表明,湿地转化
为农田、森林和城市,都造成碳的大量释放;而湿地
恢复和重建的碳积累速率远低于湿地转化碳损失的
速率[5] .因此,本研究区在围垦初期(2003 年围垦和
20 世纪 80 年代围垦),由于耕作、水位和土地利用
变化等原因,土壤有机碳表现为下降的趋势,而围垦
后期(20 世纪 60 年代围垦),可能由于土壤有机碳
除了自然的植物残体归还外,还有人为有机肥源的
输入,土壤熟化程度越来越高,有机碳输入量大于输
出量,使表层土壤有机碳含量提高,而深层土壤有机
碳含量仍维持降低的水平. 迟光宇等[7]对三江平原
不同开垦年限的水田及旱地研究表明,开垦初期土
壤有机 C发生损失,随着开垦历史的增加,则趋于
平缓甚至增加.
4摇 结摇 摇 论
杭州湾自然潮滩湿地土壤表层有机碳含量在
4郾 41 ~ 8郾 58 g·kg-1,平均值 6郾 45 g·kg-1 .潮滩植被
对土壤表层有机碳含量有显著影响,表现为芦苇
(8郾 56 依 0郾 04 g · kg-1 ) >互花米草 ( 7郾 31 依 0郾 08
g·kg-1)>海三棱藨草(5郾 48依0郾 29 g·kg-1) >光滩
(4郾 47依0郾 09 g·kg-1).说明不同类型土壤的固碳能
力随着植物群落演替而逐步增强,而互花米草作为
外来入侵种,对潮间带土著植物芦苇具有更强的竞
争优势和更广的生态幅,因而其在杭州湾滨海湿地
的大量入侵和扩散将有可能降低自然湿地生态系统
土壤的储碳功能.
人为围垦利用能够直接影响湿地生态系统的碳
循环过程,对土壤有机碳的影响表现为:20 世纪 60
年代围垦(7郾 46依0郾 25 g·kg-1) >2003 年围垦(5郾 12
依0郾 16 g·kg-1) >20 世纪 80 年代围垦(1郾 96依0郾 46
g·kg-1).围垦引起的土壤水分、颗粒组成的变化、
耕作、土地利用及利用历史是影响湿地土壤有机碳
分布的主要原因.
研究区自然潮滩湿地和围垦湿地有机碳在垂直
剖面上均表现为由表向下逐渐降低的趋势. 相关分
析表明,杭州湾潮滩湿地和围垦湿地中土壤 pH 与
含盐量、有机碳、总氮之间都呈显著负相关,土壤有
机碳与总氮呈显著正相关,表明在土壤中氮主要以
有机氮的形态存在. 自然湿地有机碳与碳氮比相关
性不明显,而围垦湿地具有显著正相关性,说明围垦
利用对湿地土壤碳氮比产生了一定影响.
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作者简介摇 邵学新,男,1980 年生,助理研究员.主要从事湿
地生态学研究,发表论文 8 篇. E鄄mail: shaoxuexin@ 126. com
责任编辑摇 肖摇 红
466 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷