全 文 ：三江平原泥炭中营养元素垂直分布特征 3
于君宝 3 3 　王金达　刘景双
(中国科学院东北地理与农业生态研究所 ,长春 130012)
【摘要】　采用冬季采样、现场分层的方法 ,系统地研究了三江平原河床2河漫滩型泥炭地和谷底洼地型泥
炭地中常量营养元素 N、P、Mg、Ca、Fe 和微量营养元素 Cu、Zn、Mn、B 的垂直分布特征. 结果表明 ,总 N 在
泥炭表层富集 ,总 P 在草根层富集 ,其含量随剖面深度的增加而降低 ,Zn、Mn、B、Mg、Fe 表现出草根层富
集和淤泥质亚粘土潜育层急剧积累 ,Ca 元素含量在剖面各层次中分布较均匀. 某些营养元素间具有显著
的相关性.
关键词 　三江平原 　泥炭 　营养元素 　分布特征
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 02 - 0265 - 04 　中图分类号 　X144 , S153 　文献标识码 　A
Vertical distribution character of nutrient elements in peat of Sanjiang Plain. YU J unbao , WAN GJinda , L IU
Jingshuang ( Northeast Institute of Geography and A gricultural Ecology , Chinese Academy of Sciences ,
Changchun 130012 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (2) :265～268.
Based on the methods of sampling in winter and dividing soil layer on the site , the vertical distribution character
of normal amount nutrient elements N , P , Mg , Ca , Fe and nutrient trace elements Cu , Zn , Mn , B in peat of
river bed2flood land and valley depression land in the Sanjiang Plain was studied systematically. The results
showed that TN was accumulated in surface layer of peat , and TP was accumulated in root layer. The contents
of TN and TP were decreased with the section depth increasing. Zn , Mn , B , Mg and Fe were gathered in root
layer and accumulated sharply in gley horizon of silt sub2clay , and the content of Ca was regular relatively in each
layer of section. There were close correlations among some nutrient elements in peat section.
Key words 　Sanjiang Plain , Peat , Nutrient elements , Distribution character.
3 中国科学院知识创新工程重大项目 ( KZCX12SW201) 和中国科学
院知识创新工程资助项目 ( KZCX22302) .3 3 通讯联系人.
2002 - 05 - 12 收稿 ,2002 - 07 - 24 接受.
1 　引 　　言
泥炭是在沼泽湿地特定的环境中多种自然因素
综合作用的产物. 泥炭的形成过程是沼泽湿地生态
系统生物地球化学循环的重要环节之一[1 ,4 ] . 沼泽
湿地系统中关于营养元素的研究虽有过报道 ,但大
多数 研 究 仅 限 于 植 物 枯 落 物 分 解 释 放 方
面[2 ,3 ,5 ,7 ,10～19 ] . 为此 ,本文对总 N、总 P、Mg、Ca、
Fe、Cu、Zn、Mn 和 B 等 9 种营养元素在泥炭中的垂
直分布进行了系统的分析和研究 ,以进一步认识三
江平原沼泽湿地生态系统营养元素的生物地球化学
循环过程和机制 ,同时对于湿地生态系统健康诊断、
受损湿地功能恢复及泥炭的合理开发、利用也具有
一定的指导意义和参考价值.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
三江平原位于黑龙江省东北部 ,45°01′～48°28′N , 130°
13′～135°05′E ,平原面积为 51 300 km2 ,湿地面积 14 800
km2 ,是我国面积最大 ,分布连片的淡水湿地分布区. 本区气
候类型为温带湿润、半湿润大陆性季风气候 ,1 月均温 - 20
℃,7 月均温 22 ℃,年降水量 500～650 mm ,主要集中于 5～
9 月份 ,占全年降水量的 80 %. 植被类型属长白植物种类 ,以
沼泽化草甸植被和沼泽植被为主.
三江平原泥炭沼泽面积为 365 km2 ,占三江平原湿地总
面积的 2. 2 %. 按地貌分类 ,泥炭地以河床2河漫滩型和谷底
洼地型为主 ,除此之外 ,还包括古河道型、湖滨洼地型和热融
洼地型泥炭地[9 ] .
212 　研究方法
　　三江平原为河流冲积平原 ,为了能够全面反映三江平原
营养元素在河床2河漫滩型泥炭地中的分布规律 ,根据三江
平原水系分布特征 ,分别在挠力河、别拉洪河和浓江河三条
主要河流流域内有代表性的泥炭地布设采样点 ,具体位置分
别为挠力河大桥、别拉洪河大桥和洪河自然保护区内 ,代表
河床2河漫滩型泥炭地. 由于谷底洼地型泥炭地分布较分散 ,
虽然其泥炭厚度较大 ,但面积和数量相对较少 ,故选择桦川
县申家店典型泥炭地剖面代表谷底洼地型泥炭地 , 来讨论
营养元素的分布特征.
　　为了避免干扰泥炭的发生层次 ,采样时间选在冬季的 3
～4 月份 ,采挖冻泥炭柱 ,根据剖面特征现场分层. 三江平原
应 用 生 态 学 报 　2004 年 2 月 　第 15 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2004 ,15 (2)∶265～268
沼泽湿地泥炭地剖面 (图 1) 一般可分为 3 层 ,即草根层
(Ase) 、泥炭沉积层 ( Hi) 、淤泥质亚粘土潜育层 ( G) . 别拉洪河
剖面深度为 1. 1 m ,其中 Ase层 0～18 cm , Hi1层 18～50 cm ,
Hi2层 50～63 cm ,Hi3层 63～72 cm , G层在 72 cm 以下 ;挠力
河剖面深度为 45 cm ,Ase层 0～20 cm ,Hi 层 20～30 cm , G层
在 30 cm 以下 ;浓江河剖面深度为 70 cm ,Ase层 0～15 cm ,
Hi1层 15～19 cm ,Hi2层 19～34 cm ,Hi3层 34～47 cm ,Hi4层 47
～55 cm , G层在 55 cm 以下 ;申家店剖面深度为 2. 5 m ,Ase
层 0～12 cm ,Hi1层 12～22 cm , Hi2层 22～37 cm , Hi3层 37～
47 cm ,Hi4层 47～57 cm ,Hi5层 57～67 cm ,Hi6层 67～87 cm ,
Hi7层 87～107 cm ,Hi8层 107～127 cm ,Hi9层 127～205 cm , G
层位于 205 cm 以下.
　　样品风干后 ,在实验室用 HNO32HClO4 消解 ,去离子水
定容 ,最后用 ICP2AES法测定 Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Mn 和B 等
元素含量. 总 N 含量采用半微量凯氏法测定 ,总 P 含量采用
钼、锑钪分光光度法测定.
图 1 　三江平原河床2河漫滩型泥炭地 (a)和谷底洼地型泥炭地 (b)剖
面示意图
Fig. 1 Profile of river bed2flood peat land (a) and valley depression peat
land (b) in Sanjiang Plain.
3 　结果与分析
311 　营养元素垂直分布规律
　　植物营养元素是植物生长发育所必需的元素 ,
一般需具备以下条件 :所有植物缺少它就不能完成
生活周期中的营养生长和生殖生长阶段 ;一般情况
下 ,每一种元素的作用具有专一性 ,只有供给该元素
才能得到改善 ;元素必须直接参与植物营养 ,而与改
善外界的一些不合适的微生物或化学的条件完全不
同. 依据营养元素在植物体内的高低分类 ,N、P、Ca、
Mg 属常量营养元素 ,Mn、Cu、Zn、B 属微量元素[6 ] .
湿地植物中 Fe 含量较高 ,所以将 Fe 作为常量营养
元素加以讨论. 由于湿地植物的选择性吸收、水文条
件及微地貌的差异 ,导致这些营养元素在泥炭中产
生垂直分异. 三江平原河床2河漫滩型泥炭地和谷底
洼地型泥炭地中营养元素的垂直分布规律见图 2 和
4 ,各元素含量差异较大 ,因此采用实测数据取自然
对数后加以制图分析.
　　分析河床2河漫滩型泥炭中常量营养元素的垂直
分布状况 (图 2)可知 ,总 N、总 P 含量在剖面上层富
集 ,随着深度的增加而逐渐降低 ,其中总 P 在 Ase层含
量最高 ,总 N 在 Hi1层含量最高. 其主要原因是 N、P
为组成植物有机体的主要生命元素 ,且主要通过根系
吸收 ,因此在剖面上层富集累积. 元素 Ca 在泥炭剖面
分异规律不明显 ,各层次中分布较均匀. 这可能与 Ca
在湿地植物体内的生理功能有关. Ca 是细胞壁胶层
的组成成分 ,主要存在于植物体最不易分解的部分 ,
而泥炭主要由未分解或半分解的植物残体组成 ,Ca
伴随着难分解的植物残体而保存在泥炭中 ,部分可溶
性 Ca 在植物生长期又重新被植物吸收利用. 因此 ,Ca
在泥炭剖面各层次中含量相对稳定 ,没有发生明显的
累积.元素 Fe、Mg 的分异规律明显 ,表现出Ase层富集
和 G层急剧积累.其表层富集的主要原因是植物选择
性吸收的结果 ,在 G层急剧积累主要是由于泥炭地长
期处于渍水状态 ,沼泽湿地中的有机物分解产生还原
性物质 ,在还原环境中 ,Fe、Mg 的活性增强 ,发生了向
下的淋失、迁移和淀积.
　　图 3 表明 ,微量营养元素 Zn、Mn、B、Cu 在河床2
河漫滩型泥炭中均表现出明显的 G层累积 ,主要是
这几种微量元素在酸性条件下 (p H5 左右) ,加之常
年积水 ,活性较强 ,淋溶强烈 ,在潜育化隔水层发生
淀积和不断地累积. 在 3 个典型剖面中 ,除 Cu 变化
略有差异外 ,其它微量营养元素在 Ase层含量高于
Hi 层 ,这主要是由于沼泽植物对微量营养元素选择
性吸收的结果. 沼泽植物根系延伸较深 ,有的深达
60～70 cm ,因此 Hi 层中部分微量营养元素被植物
吸收到草根层 ,而发生富集.
　　由图 2 和图 3 可知 ,别拉洪河流域、挠力河流域
和浓江河流域泥炭剖面中各营养元素的垂直变化趋
势较为相似 ,但变化幅度存在一定的差异. 为了阐明
各流域营养元素垂直分布差异 ,采用草根层和潜育
化层中各营养元素含量同泥炭层中同种元素含量的
平均值比加以分析 (表 1) . 结果表明 ,河床2河漫滩
型泥炭地的三个不同流域剖面中 ,各营养元素在草
根层的生物富集强度差异不大 ,这是由采样点植被
类型相似所决定的 . 元素Mg、Fe、Zn在潜育化层淋
662 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
图 2 　三江平原河床2河漫滩型泥炭中常量营养元素垂直分布规律
Fig. 2 Vertical distribution pattern of normal amount nutrient elements
in peat of of river bed2flood land in Sangjiang Plain.
溶淀积强度则存在显著差别 ,别拉洪河流域淀积最
强 ,浓江河流域淀积最弱 ,其原因是由于三个流域的
水文条件和微地貌条件存在差异 ,如别拉洪河泥炭
地积水时间较长 ,水位相对较深 ,地势低洼 ,泥炭层
较深 ,元素向下淋溶淀积较强烈.
　　三江平原谷底洼地型泥炭地剖面中总P的分
图 3 　三江平原河床2河漫滩型泥炭中微量营养元素垂直分布规律
Fig. 3 Vertical distribution pattern of nutrient trace elements in peat of
of river bed2flood land in Sangjiang Plain.
布也表现出在 Ase层累积 ,总 N 在 Hi1层累积 ,且其
含量随深度增加而降低 ;常量营养元素元素 Fe、Mg
和微量营养元素 Zn、Mn、B 呈现出在 Ase层明显的生
物富集和在 G层显著的淋溶累积 (图 4) . 其原因主
要是湿地植物的选择性吸收和湿地中水分垂直运动
的结果.
表 1 　不同流域泥炭地剖面营养元素生物富集与淋溶淀积差异
Table 1 Difference of bioaccumulation and leaching2illumination of nutrient elements in peat land sections of different river basins
采样剖面
Sections
比值
Ratio TN Ca Mg TP Fe Zn Mn Cu B
别拉洪河流域 Bielahonghe river basin Ase/ Hi 1. 050 0. 957 1. 785 1. 073 2. 705 1. 261 2. 418 1. 071 0. 828
G/ Hi 0. 326 1. 091 11. 689 0. 387 12. 414 7. 945 2. 099 2. 651 2. 624
挠力河流域 Naolihe river basin Ase/ Hi 0. 776 0. 692 1. 163 1. 295 1. 064 2. 089 1. 410 0. 827 1. 083
G/ Hi 0. 321 1. 137 4. 433 0. 368 3. 118 4. 071 1. 157 3. 703 1. 618
浓江河流域 Nongjianghe river basin Ase/ Hi 0. 947 0. 908 1. 499 2. 018 1. 059 1. 679 1. 551 0. 707 1. 373
G/ Hi 0. 460 1. 076 2. 940 0. 263 2. 184 2. 894 1. 065 1. 397 2. 026
表 2 　泥炭中营养元素间的相关系数
Table 2 Correlation coeff icient among nutrient elements in peat
元素
Elements
TN Ca Mg P Fe Zn Mn Cu B
TN 1. 000 - 0. 058 - 0. 860 0. 517 - 0. 718 - 0. 856 - 0. 244 - 0. 748 - . 699
Ca - 0. 058 1. 000 0. 297 - 0. 220 0. 195 - 0. 086 - 0. 197 - 0. 011 0. 142
Mg - 0. 860 0. 297 1. 000 - 0. 437 0. 865 0. 850 0. 245 0. 777 0. 761
P 0. 517 - 0. 220 - . 437 1. 000 - 0. 242 - 0. 321 0. 343 - 0. 509 - 0. 139
Fe - 0. 718 0. 195 0. 865 - 0. 242 1. 000 0. 773 0. 224 0. 816 0. 866
Zn - 0. 856 - 0. 086 0. 850 - 0. 321 0. 773 1. 000 0. 395 0. 732 0. 715
Mn - 0. 244 - 0. 197 0. 245 0. 343 0. 224 0. 395 1. 000 0. 079 0. 076
Cu - 0. 748 - 0. 011 0. 777 - 0. 509 0. 816 0. 732 0. 079 1. 000 0. 690
B - 0. 699 0. 142 0. 761 - 0. 139 0. 866 0. 715 0. 076 0. 690 1. 000
TN : 总 N Total N.
312 　营养元素之间的相关性
　　由于化学元素的离子半径、化合价、存在形态及
其在生物体内的生理功能等方面的相似性 ,它们在
植物、土壤、沉积物等生命和非生命体中的存在往往
具有一定的相关性[8 ] . 泥炭中 ( Hi 层) 营养元素间的
相关分析结果表明 ,某些元素间具有很好的相关性
(表 2) .
　　由表 2 可见 ,相关系数大于 0. 85 的显著正相关
的元素有 Fe、Zn 与 Mg ,Fe 与 B ,显著负相关的元素
有 Mg、Zn 与总 N ,即这些相关元素的变化趋势基本
一致或相反 ,这与前面的分析结果基本上相对应. 关
于泥炭中微量元素间相关的生物、化学原因有待于
进一步研究.
7622 期 　　　　　　　　　　　　　于君宝等 :三江平原泥炭中营养元素垂直分布特征 　　　　　　
图 4 三江平原谷底洼地型泥炭中营养元素的垂直分布规律
Fig. 4 Vertical distribution pattern of nutrient elements in peat of valley
depression land in Sangjian Plain.
4 　讨 　　论
　　采用冬季原位、现场分层的采样方法 , 研究了
营养元素在泥炭地剖面中的垂直分布规律 ,避免了
采样时各层次之间相互干扰 ,使分析结论更具可靠
性. 三江平原河床2河漫滩型泥炭地和谷底洼地型泥
炭地中总 N、总 P 均表现出上层累积 ,其含量随剖面
深度的增加而降低 , Fe、Mg 表现出 Ase层富集和 G
层急剧积累 ,Ca 元素含量在剖面各层次中分布较均
匀.
　　湿地淋溶作用使 Zn、Mn、B、Cu 等元素的分布
呈现出明显的 G层累积 ,湿地植物的选择性吸收使
这些营养元素 (除 Cu 外) 在表层发生生物富集. 泥
炭层中 Fe、Zn 与 Mg ,Fe 与 B 等元素间呈显著正相
关 ,Mg、Zn 与总 N 之间呈显著负相关.
致谢 　本工作得到中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验
站的协助与支持.
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作者简介 　于君宝 ,男 ,1970 年生 ,博士 ,副研究员 ,主要从
事水土环境领域的研究工作 ,发表文章 10 余篇. E2mail : yu2
junbao @mail. neigae. ac. an
862 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷