全 文 ：三江平原典型湿地及其开垦后土壤中
总硫变化的初步研究*
郝庆菊* * 王起超 王其存 李志博
(中国科学院东北地理和农业生态研究所, 长春 130012)
摘要 以三江平原 3 种主要沼泽类型 ! ! ! 小叶章( Calamagrostis angustif olia )沼泽、乌拉苔草( Carex
meyeriana)沼泽、毛果苔草( Car ex lasiocarpa)沼泽以及不同开垦年限的耕地为研究对象 ,对其土壤中总硫
含量进行分析. 3种沼泽中总硫量的顺序为小叶章沼泽( 622. 4 mg∀kg- 1 ) < 乌拉苔草沼泽( 820. 5 mg∀
kg- 1)、毛果苔草沼泽( 1 022. 4 mg∀kg- 1 ) . 挠力河、鸭绿河、别拉洪河及浓江流域土壤中总硫量的顺序为挠
力河( 925. 0 mg∀kg- 1 ) > 鸭绿河( 841. 8 mg∀kg - 1) > 浓江( 636. 5 mg∀kg- 1) > 别拉洪河( 520. 8 mg∀kg - 1) .
沼泽湿地及耕地土壤总硫量在层次上具有明显的规律性,即由表土层向下, 含量逐渐降低. 1980~ 2000 年
开垦的耕地土壤中总硫含量平均值为 180. 5 mg∀kg- 1, 而未开垦湿地中的总硫含量平均值为 735. 8 mg∀
kg- 1. 耕地中的总硫量显著低于湿地中的总硫量, 并且开垦年限越长,土壤中的总硫量越低,表明湿地开垦
导致土壤总硫明显流失.
关键词 三江平原 湿地 土壤 总硫
文章编号 1001- 9332( 2003) 12- 2191- 04 中图分类号 S143 文献标识码 A
Preliminary study on total sulfur in typical marsh wetland and arable soils in Sanjiang Plain. HAO Qingju,
WANG Qichao, WANG Qicun, LI Zhibo ( I nstitute of Nor theast Geography and Agricultr ual Ecology , Chinese
A cademy of Sciences , Changchun 130012, China) . Chin. J . A pp l . Ecol. , 2003, 14( 12) : 2191~ 2194.
Three pr imary marsh types including Calamagros tis angustif olia marsh, Carex lasiocarpa marsh and Carex
meyeriana marsh and the arables land reclaimed in differ ent years w ere selected as studying objects, and the total
sulfur in these soils w ere analy zed. The results indicated that the mean total sulfur w as 622. 4 mg∀kg - 1 in Cala
magrostis angustif olia marsh soils, 820. 5 mg∀kg- 1 in Carex meyer ianan marsh soils, and 1 022. 4 mg∀kg- 1 in
Carex lasiocarpa marsh so ils. Naoli Riv er , Bielahong River, Yalu River and Nong jiang R iver are the four typical
riv ers in Sanjiang P lain. T he mean total sulfur was 925 mg∀kg- 1 in Naoli Valley soils , 708. 6 mg∀kg - 1 in Biela
hong Valley soils, 841. 8 mg∀kg- 1 in Yalu Valley, and 636. 5 mg∀kg- 1 in Nongjiang Valley. The total sulfur in
both marshes and ar able so ils presented distinct regular ity, namely it gr adually decreased from surface so il to bot
teom. The average total sulfur in the arable land reclaimed between 1980 and 2000 was 180. 5 mg∀kg- 1, and it
was 735. 8 mg∀kg- 1 in natur al marsh so ils. So the total sulfur in ar able land was r emarkably lower t han that in
the marshes, and the reclamation could result in sulfur loss.
Key words Sanjiang Plain, Wetland, Soil, T otal sulfur.
国家自然科学基金项目( 40071072)和中国科学院湿地创新资助项目
( KZCX2302) .
* * 通讯联系人.
2001- 09- 21收稿, 2002- 04- 10接受.
1 引 言
三江平原是我国最大的沼泽化低平原, 沼泽分
布广泛.沼泽作为一种处于水陆交错带的独特生态
系统, 其间各种营养元素特别是有关 C、N、P 的研究
倍受人们重视. 20世纪 80年代以来,随着土壤缺硫
现象的日益严重,我国学者对耕地土壤中的总 S、总
有机硫及有效硫进行了大量研究,但对沼泽湿地中
S含量及人为活动对湿地 S 含量的影响研究, 特别
是对三江平原湿地中 S 的系统研究迄今尚未见报
道.本文以三江平原主要沼泽类型及不同开垦年限
的耕地为对象, 研究了土壤中总 S的分布规律以及
人类活动对三江平原土壤 S流失的影响, 旨在为合
理开发利用和保护湿地提供理论依据.
2 研究区域与研究方法
2 1 研究区域概况
三江平原位于我国黑龙江省东部, 是由松花江、黑龙江
和乌苏里江冲积而成的低平原, 土地总面积 10. 89 # 104
km2,是我国沼泽和沼泽化草甸分布最密集的区域之一. 该
区主要的沼泽类型为毛果苔草沼泽、漂筏苔草沼泽、芦苇沼
泽、乌拉苔草灰脉苔草沼泽和苔草小叶章沼泽. 别拉洪河、
挠力河、鸭绿河和浓江是三江平原上比较有代表性的沼泽性
河流, 挠力河位于饶河、富锦和宝清县境内,河长 596 km, 沼
泽面积为 136 700 km2; 别拉洪河位于三江平原腹地,自西向
应 用 生 态 学 报 2003年 12 月 第 14 卷 第 12 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2003, 14( 12)∃2191~ 2194
东横贯整个抚远三角洲, 河长 143 km, 沼泽面积为64 275
km2 ;鸭绿河和浓江相邻,位于三江平原北部, 是两条比较短
小的河流. 鸭绿河沼泽位于同江市和抚远县境内, 面积为 9
000 km2 ;浓江沼泽也位于同江市和抚远县境内[ 9] . 区内土壤
成土母质多为粘土或亚粘土,在土壤形成过程中广泛发育成
白浆土、草甸土、沼泽土、暗棕壤和黑土.
22 研究方法
供试土壤采自黑龙江省三江平原 3 种典型的沼泽类型
! ! ! 小叶章沼泽、毛果苔草沼泽和乌拉苔草沼泽, 以及受人
类活动干扰的小叶章草甸、乌拉苔草草甸和从 1980 年到
2000年不同开垦年限的耕地土壤. 毛果苔草沼泽分布地势
较低,常年积水, 小叶章沼泽分布地势较高, 季节性积水, 乌
拉苔草沼泽是处于以上两种沼泽类型之间的过渡形态. 小叶
樟草甸是湿地开垦多年后弃耕而恢复起来的湿地类型, 乌拉
苔草草甸则是由于火烧、开渠等各种原因发生退化的湿地类
型.根据区域特点和流域特征, 共选择了 21 个点位, 采集
121 个样品(图 1) .土壤样品的采集按照土壤的发生层次进
行采样, 采用 NZ型泥炭钻进行采样, 以防止各层之间的干
扰.沼泽湿地和草甸分 3 个层次, 耕地分 2 个层次进行采样.
土样风干磨碎过 40 目筛, 用 3∃3∃7 的 HClO 4∃HNO 3∃H3PO 4
消化, BaSO4 比浊法测定[ 7] , 用环境标准样品( GSS1)进行分
析准确度检验,结果满意. 采样时间为 2001 年 5 月底到 6 月
初.
3 结果与讨论
31 三江平原不同沼泽类型
三江平原不同类型的沼泽湿地土壤中总 S含量
差异较大,小叶章沼泽总 S 含量的平均值为622. 4
mg∀kg - 1,乌拉苔草沼泽平均值为 820. 5 mg∀kg- 1,
毛果苔草沼泽平均值为 1 022. 4 mg∀kg- 1. 这主要
是由于土壤质地和周围自然环境的不同造成的.
三江平原不同类型的沼泽分布在不同的地貌或
同一地貌的不同部位,主要是由于水分条件的不同.
各种沼泽洼地从中心到边缘, 由于积水逐渐变浅, 通
常依次分布毛果苔草沼泽、乌拉苔草沼泽和小叶章
沼泽. 由表 1[ 8]可以看出, 不同类型的沼泽下面发育
了不同的土壤类型, 各土壤类型的 pH 值相差不大,
但有机质含量差别较大, 其中毛果苔草沼泽土壤中
有机质含量最高, 小叶章沼泽土壤中有机质含量最
图 1 三江平原采样区分布图
Fig. 1 Sampling areas in Sanjiang Plain.
低,由于土壤全硫量水平取决于土壤有机质的含量
和气候条件[ 6] , 所以这 3种沼泽土壤中总 S含量为
小叶章沼泽< 乌拉苔草沼泽< 毛果苔草沼泽,与有
机质含量分布规律相一致.
自 20世纪 50年代我国对三江平原大规模开荒
起,人类活动对三江平原的干扰越来越大.在人为和
自然因素的作用下,沼泽面貌发生了很大变化, 表现
在沼泽变干、面积缩小、沼泽类型演变等方面[ 2] . 在
二道河和前进农场的两个曾被开垦后又被撂荒的小
叶章草甸中,设置多个样点采集土壤,计算其总 S含
量的平均值为 264. 1 mg∀kg - 1.这与周围小叶章沼
泽土壤中总 S 含量 ( 361 mg∀ kg- 1 )相比, 降低了
96. 9 mg∀kg- 1. 另外, 在宝清挠力河和鸭绿河岸边
的两个草甸中,都生长着乌拉苔草,前者夹杂着小叶
章,后者夹杂着杂草.这两个草甸原来都是乌拉苔草
沼泽,后来因为河流水量减少,以及人工排水和火烧
使沼泽退化为草甸.两个草甸土壤中总 S 含量的平
均值为346. 4mg∀kg- 1 , 比周围乌拉苔草沼泽土壤
表 1 不同沼泽类型下的地貌、水文和土壤状况
Table 1 Geomorphology hydrology and soil status under the di fferent kinds of marshes
沼泽类型
M arsh
types
微地貌
Microgeomorphy 积水深度Water depth
( cm)
pH 有机质
Organic
matt er
(% )
植物遗体
层厚度
Plant residues
( cm)
类型
Soil type
小叶章沼泽 Calamagrostis angustif olia marsh 洼地洼地边缘河漫滩 积水不稳定 0~ 15 5. 3 32. 5 18 草甸沼泽土 Meadowboggy soil
乌拉苔草沼泽 Carex meyeriana marsh 浅洼地、洼地边缘 塔头间积水 5. 5 33. 3 11 腐殖质沼泽土Humicboggy soil
毛果苔草沼泽 Carex lasiocarpa marsh 浅洼地 14. 2 5. 5 36. 1 10 同上
深洼地 20 5. 2 61. 8 185 泥炭土 Peaty soil
2192 应 用 生 态 学 报 14卷
中总 S量( 1 053. 7 mg∀kg- 1)大大降低.因此在人类
活动的干预下, 沼泽退化, 土壤有机质减少, 从而导
致土壤含 S量迅速下降.
32 不同流域土壤中总硫量对比
别拉洪河、挠力河、鸭绿河和浓江是三江平原上
比较有代表性的沼泽性河流, 别拉洪河、鸭绿河及浓
江发源于平原沼泽, 又穿行于平原沼泽;挠力河发源
于山区,穿行于平原沼泽. 流域内沼泽广泛发育, 山
前倾斜平原主要是乌拉苔草灰脉苔草沼泽,河流阶
地主要是毛果苔草沼泽和苔草小叶章沼泽,河漫滩
主要是漂筏苔草沼泽和芦苇沼泽[ 1] .
分别沿 4条河流布点采集土样,经分析, 4个流
域土壤总 S量的顺序为挠力河( 925 mg∀kg- 1) > 鸭
绿河( 841. 8 mg∀kg- 1 ) > 浓江( 636. 5 mg∀kg- 1 ) >
别拉洪河( 520. 8 mg∀kg- 1) , 与土壤中有机质的含
量相一致: 挠力河( 30. 3%) > 鸭绿河( 28. 4% ) >
浓江( 21. 8% ) > 别拉洪河( 16. 8%) .
33 土壤不同层次中总 S含量的对比
沼泽湿地和耕地土壤中的总 S含量在层次上都
具有明显的规律性. 从上到下,总 S量呈递减趋势.
表 2 不同湿地类型土壤中总硫及有机质的含量
Table 2 Total sul fur and organic matter in the soils of different marshes
土壤类型
Soi l
types
层次
Soil
lay ers
总硫T otal sulfur
最大值
Max imum
( mg∀kg- 1)
最小值
M inimum
( mg∀kg- 1)
平均值
Average
(mg∀kg- 1)
标准差
SD
( mg∀kg- 1)
变异系数
CV
(%)
有机质
Organic
mat ter
(% )
小叶章沼泽 1 1416. 0 595. 6 995. 7 356. 3 35. 8 25. 1
Calamagrosti s angus 2 1018.8 206. 9 627.3 298.5 47.6 15. 3
tif olia marsh 3 624. 4 149. 8 337. 5 182. 8 75. 0 5. 1
乌拉苔草沼泽 1 1337. 3 1133. 0 1256. 9 108. 9 8. 7 39
Carex meyeriana 2 1122. 9 831. 2 941. 6 158. 3 16. 8 33. 3
ma rsh 3 763. 2 138. 0 470. 0 314. 4 66. 9 26. 5
毛果苔草沼泽 1 1629. 8 795. 8 1260. 5 379. 6 30. 1 40. 1
Carex lasiocarpa 2 1581. 9 446. 3 1097. 7 504. 4 46. 0 36. 8
ma rsh 3 1217. 5 158. 0 535. 9 253. 4 47. 3 27. 6
三江平原沼泽湿地各层次土壤中总 S量(表 2)
自上而下递减, 与刘全友[ 5]报道的海河流域土壤中
总 S量自上而下递增的趋势相反,可能是区域地理
条件、人类开发强度等多方面影响所致.三江平原地
处黑龙江东北部,由三江汇流而成,地表经常处于过
湿状态,再加上降水充沛、蒸发小等原因, 使得该区
沼泽土、草甸土、白浆土、棕壤和黑土广泛发育,棕壤
表层为枯枝落叶层, 其下为腐殖质层, 再下是淀积
层;沼泽土、草甸土、白浆土和黑土的表层为草根层,
亚表层为腐殖质层, 再下为潜育层;三江平原还零星
分布着少量泥炭土, 表层为草根层, 其下为泥炭层,
再下为腐殖质层.这些土壤都具有自上而下各土层
的有机质含量呈递减趋势(表 2) ;耕地各层次土壤
中总 S 含量也是自上而下呈递减趋势(图 2) . 这与
黄运湘[ 4]对湖南省稻田土壤总 S 在剖面上的分布
的研究一致. 因为耕地是由沼泽和草甸开垦而形成
的,故表层有机质含量仍高于底层(图 2) . 由图 3可
以看出, 土壤总 S 与有机质呈显著正相关, r =
0. 9413> P 0. 01,有机质含量高,土壤总 S 含量也高,
反之亦然,所以自上而下土壤总 S量呈递减趋势.
图 2 耕地土壤上下土层中总硫与有机质含量
Fig. 2 Total sulfur an d organic mat ter in farmlands reclaimed in dif ferent
years.
1, 3)总硫 Total sulfur/ 10; 2, 4)有机质 Organic mat ter.
图 3 土壤有机质与总硫量相关性
Fig. 3 Relationship betw een the total sulfur and organic mat ter in soils.
34 湿地开垦前后土壤中总 S量对比
湿地开垦前土壤总 S 含量的平均值为 735. 8
mg∀kg - 1,比刘全友[ 5]报道的海河流域土壤中总 S
含量的平均值( 688 mg∀kg - 1) 稍高, 从 1980 年到
2000年开垦的耕地土壤总 S 含量平均值为 180. 5
mg∀kg- 1,湿地开垦后土壤总 S量显著下降. 这些耕
地耕层土壤总 S 含量的范围在 150. 7~ 447. 0 mg∀
kg
- 1之间,平均值为 280. 9 mg∀kg- 1,比郭亚芬[ 3]报
道的黑龙江省主要耕作土壤总 S平均值 374. 29 mg
∀kg- 1要低. 这主要是由于采样区域及土壤类型不
一致,本研究采集的耕地土壤主要取自于佳木斯市
洪河农场,土壤类型为沼泽土,无含 S高的水稻土.
一般说来,耕地开垦年限越长,土壤中总S 含量
219312 期 郝庆菊等: 三江平原典型湿地及其开垦后土壤中总硫变化的初步研究
图 4 不同开垦年限的耕地土壤中总 S量
Fig. 4 T otal sulfur in farmlands reclaimed in dif ferent year.
越低.由图 2和图 4可以清楚地观察到这种变化, 图
2显示出不同时间开垦的耕地其耕层土壤总 S 随开
垦时间的变化趋势, 图 4显示出耕地土壤总 S 随开
垦年限的变化趋势. 开垦时间越早, 开垦年限越长,
含S 量越低,主要是由于有机质在好氧环境下快速
分解及作物逐年吸收使得含量不断降低所致. 在采
样点, 耕地土壤主要施二胺和尿素, 除草剂为丁草
胺.这些都不含 S 素, 而且当地耕地一般不施有机
肥,再加上水土流失比较严重,所以随着开垦年限的
增加,土壤中的 S含量越来越少, 湿地开垦 20年后,
土壤中总 S量下降了大约 50%. 由图 2还可以看出
1980年与 1990年开垦的耕地其耕层土壤中总 S 差
异并不很大,其原因可能与耕地开垦前的湿地类型
有关.耕地下层土壤中总 S 含量变化不大, 范围为
138~ 167. 3 mg∀kg- 1, 平均值为 156. 8 mg . kg- 1, 耕
地周围的沼泽和草甸其下层土壤中总 S变化范围为
149. 8~ 169. 6 mg∀kg- 1,平均值为158. 8 mg∀kg- 1,
非常接近, 说明湿地开垦前后土壤下层总 S 含量保
持一致.
自 1958年大规模开发以来,三江平原大面积的
沼泽湿地、草甸被开垦为耕地,至今,三江平原已开
荒约 3. 0 # 106 hm2(其中沼泽 2. 2 # 106 hm2) , 耕地
面积比 1949年扩大 12倍多[ 9] .虽然垦荒的成绩是
巨大的,为国家提供了大量商品粮,但也造成了许多
负面影响.湿地开垦后, 由于地表植被遭到破坏, 风
蚀水蚀加剧,引起局部沙化现象和水土流失现象,使
土壤中 S的流失严重, 导致土壤 S素缺乏.所以在三
江平原应控制开荒面积,保护一定面积的湿地.
致谢 中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站和洪河自
然保护区为样品的采集给予大力支持.
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作者简介 郝庆菊, 女, 1976 年生,博士生, 主要从事大气物
理与大气环境方面的研究, 发表论文数篇. T el: 010
62369578, Email: haoqj1976@ netease. com
2194 应 用 生 态 学 报 14卷