全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员园期摇 摇 圆园员源年 缘月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
景观可持续性与景观可持续性科学 赵文武袁房学宁 渊圆源缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态系统服务付费的诊断框架及案例剖析 朱文博袁王摇 阳袁李双成 渊圆源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湿地植物根表铁膜研究进展 刘春英袁陈春丽袁弓晓峰袁等 渊圆源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
水生生态环境中捕食信息素的生态学效应 覃光球袁卢豪良袁唐振柱袁等 渊圆源愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
脊椎动物传播植物肉质果中的次生物质及其生态作用 潘摇 扬袁罗摇 芳袁鲁长虎 渊圆源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
中亚热带天然林土壤 悦匀源吸收速率对模拟 晕沉降的响应 陈朝琪袁杨智杰袁刘小飞袁等 渊圆源怨愿冤噎噎噎噎噎噎
塔里木盆地南缘旱生芦苇生态特征与水盐因子关系 贡摇 璐袁朱美玲袁塔西甫拉提窑特依拜袁等 渊圆缘园怨冤噎噎噎
黄刺玫叶片光合生理参数的土壤水分阈值响应及其生产力分级 张淑勇袁夏江宝袁张光灿袁等 渊圆缘员怨冤噎噎噎噎
亚热带杉木和米老排人工林土壤呼吸对凋落物去除和交换的响应 余再鹏袁万晓华袁胡振宏袁等 渊圆缘圆怨冤噎噎噎
施钾提高蚜害诱导的小麦茉莉酸含量和叶片相关防御酶活性 王摇 祎袁张月玲袁苏建伟袁等 渊圆缘猿怨冤噎噎噎噎噎
高浓度 韵猿及太阳辐射减弱对冬小麦 孕杂域光合活性及光能耗散的影响
孙摇 健袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊圆缘源愿冤
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蜡样芽孢杆菌 月猿鄄苑在大田小麦根部的定殖动态及其对小麦纹枯病的防治效果
黄秋斌袁张摇 颖袁刘凤英袁等 渊圆缘缘怨冤
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有限供水下冬小麦全程耗水特征定量研究 张兴娟袁薛绪掌袁郭文忠袁等 渊圆缘远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
抗真菌转基因水稻生态适合度评价 李摇 伟袁郭建夫袁袁红旭袁等 渊圆缘愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
花生叶片蛋白组对 哉灾鄄月辐射增强的响应 杜照奎袁李钧敏袁钟章成袁等 渊圆缘愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南海南部悬浮颗粒物脂肪酸组成 刘华雪袁柯常亮袁李纯厚袁等 渊圆缘怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
年龄尧集群尧生境及天气对鄱阳湖白鹤越冬期日间行为模式的影响 袁芳凯袁李言阔袁李凤山袁等 渊圆远园愿冤噎噎噎
咱树暂麻雀羽再生的能量预算和水代谢散热调节 杨志宏袁吴庆明袁杨摇 渺袁等 渊圆远员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
低剂量杀虫剂对星豹蛛捕食效应的影响及其机理 李摇 锐袁李摇 娜袁刘摇 佳袁等 渊圆远圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空心莲子草叶甲对越冬保护的响应与控害效能 刘雨芳袁王秀秀袁李摇 菲袁等 渊圆远猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
气候变化对鄱阳湖白鹤越冬种群数量变化的影响 李言阔袁钱法文袁单继红袁等 渊圆远源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化 刘文静袁张平究袁董国政袁等 渊圆远缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 李然然袁章光新袁张摇 蕾 渊圆远远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 曾志华袁杨民和袁佘晨兴袁等 渊圆远苑源冤噎噎噎噎噎
环境及遗传背景对延河流域植物叶片和细根功能性状变异的影响 郑摇 颖袁温仲明袁宋摇 光袁等 渊圆远愿圆冤噎噎噎
衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复阶段土壤特性的演变 杨摇 宁袁邹冬生袁杨满元袁等 渊圆远怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
海平面上升影响下广西钦州湾红树林脆弱性评价 李莎莎袁孟宪伟袁葛振鸣袁等 渊圆苑园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国南方 猿种主要人工林生物量和生产力的动态变化 杜摇 虎袁曾馥平袁王克林袁等 渊圆苑员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
杉木人工林土壤真菌遗传多样性 何苑皞袁周国英袁王圣洁袁等 渊圆苑圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
科尔沁固定沙地植被特征对降雨变化的响应 张腊梅袁刘新平袁赵学勇袁等 渊圆苑猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律 申家朋袁张文辉 渊圆苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
南亚热带森林演替过程中小气候的改变及对气候变化的响应 刘效东袁周国逸袁陈修治袁等 渊圆苑缘缘冤噎噎噎噎噎
黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 徐建文袁居摇 辉袁刘摇 勤袁等 渊圆苑远缘冤噎噎
资源与产业生态
基于 郧陨杂的山西省矿产资源规划环境影响评价 刘摇 伟袁杜培军袁李永峰 渊圆苑苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于效益分摊的水电水足迹计算方法要要要以密云水库为例 赵丹丹袁刘俊国袁赵摇 旭 渊圆苑愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
全球土地计划第二次开放科学大会渊郧蕴孕 圆灶凿 韵责藻灶 杂糟蚤藻灶糟藻 酝藻藻贼蚤灶早冤会议述评 段宝玲袁卜玉山 渊圆苑怨远冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿源愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园缘
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 鄱阳湖越冬的白鹤群要要要白鹤为国家一级保护动物袁世界上白鹤东部种群的迁徙路线是从俄罗斯西伯利亚的雅库
特袁向南迁飞 缘员园园噪皂到中国长江下游的鄱阳湖越冬袁其中途经俄罗斯的雅纳河尧印迪吉尔卡河和科雷马河流域袁进
入中国后主要停歇地有扎龙尧林甸尧莫莫格以及双台河口尧滦河口尧黄河三角洲和升金湖等地遥 多年的监测表明袁世
界 怨园豫以上的白鹤种群都在鄱阳湖越冬遥 越冬初期和末期是白鹤补充能量的关键阶段袁因此袁研究鄱阳湖国家级自
然保护区越冬白鹤种群数量和当地气候变化的相关性具有重要意义遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 10 期
2014年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.10
May,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41001369; 41301249);安徽省自然科学基金资助(1308085MD22)
收稿日期:2013鄄12鄄08; 摇 摇 修订日期:2014鄄04鄄15
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: changpj2006@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201312082909
刘文静, 张平究, 董国政,孔令柱, 郑真, 司红君.不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化.生态学报,2014,34(10):2654鄄2662.
Liu W J, Zhang P J, Dong G Z, Kong L Z, Zheng Z, Si H J.Characteristics of soil phosphorus fractions in wetlands with various restoration age in caizi
lake, Anhui Province.Acta Ecologica Sinica,2014,34(10):2654鄄2662.
不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化
刘文静1, 张平究1,*, 董国政2, 孔令柱1, 郑摇 真1, 司红君1
(1. 安徽师范大学国土资源与旅游学院 /安徽自然灾害过程与防控研究省级重点实验室, 芜湖摇 241003;
2. 南京牛首山园林管理有限公司, 南京摇 211100)
摘要:选取菜子湖区不同退耕年限(2、5、8、10a 和 20a)湿地为研究对象,以仍耕作油菜地和原始湿地为参照,分析了土壤全磷
(TP)、有效磷(AP)、有机磷(OP)和无机磷(IP)各形态含量,探讨退耕还湖后湿地土壤磷素组分特征变化规律。 结果表明:研
究区土壤无机磷各形态含量大小顺序为:铁磷(Fe鄄P:73.55—391.76 mg / kg) >钙磷(Ca鄄P:21.64—108.04 mg / kg) >闭蓄态磷
(O鄄P:17.15—29.57 mg / kg)>铝磷(Al鄄P:5.84—25.97 mg / kg),其中 Fe鄄P 占了土壤无机磷总量的 54.20%—74.13%;退耕还湖
2—8a期间,湿地土壤 Al鄄P、Fe鄄P 和 O鄄P 含量有逐渐降低趋势,而退耕 8—20a后逐渐上升,以 Fe鄄P 为主的这 3形态磷左右着退
耕后土壤无机磷的变化;Ca鄄P 随退耕年限增加整体呈上升趋势,对土壤无机磷的贡献逐渐增加;无机磷占土壤全磷的比例为
35.90%—67.27%,主导着退耕后湿地土壤全磷变化;有机磷占土壤全磷的 17.82%—50.51%,在退耕 2a后下降,随后开始逐渐上
升,对退耕后湿地土壤磷库恢复的贡献逐渐增加;其中 Fe鄄P、O鄄P 和 Al鄄P 控制着退耕后土壤磷素有效性变化。 退耕后水文条
件、植被生长和土壤黏粒含量变化不仅影响退耕后湿地土壤磷素组分特征,也影响着退耕后湿地土壤磷素有效性。
关键词:退耕还湖;湿地土壤;磷素形态;磷素有效性;菜子湖
Characteristics of soil phosphorus fractions in wetlands with various restoration
age in caizi lake, Anhui Province
LIU Wenjing1, ZHANG Pingjiu1,*, DONG Guozheng2, KONG Lingzhu1, ZHENG Zhen1, SI Hongjun1
1 College of Territorial Resource and Tourism, Anhui Normal University / Anhui key Laboratory of Natural Disasters Process and Prevention, Wuhu
241003, China
2 Niushoushan Garden Management Company Limited, Nanjing 211100, China
Abstract: Phosphorus (P) is often the critical limiting nutrient controlling the productivity of wetlands. However, water
eutrophication caused by P over enrichment impairs water quality and destroys wetland ecosystem. Very limited information
is available on the characteristics change of P pool in wetland soils after returning farmland to lake (RFL). We used P
fractionation techniques to investigate P distribution in soils, sampled from wetlands with various age (2, 5, 8, 10 and
20a) of RFL, rape field, and native wetlands in the Caizi lake, Anhui province. The results showed that the contents of
inorganic P (IP) were in the order: Fe鄄P (73.55—391.76 mg / kg)>Ca鄄P (21.64—108.04 mg / kg)>O鄄P (17.15—29.57
mg / kg)>Al鄄P (5.84—25.97 mg / kg), moreover Fe鄄P, as a main component, accounted for 54.20%—74.13% of IP in
studied field. All of Al鄄P, Fe鄄P and O鄄P declined within the restoration period of 2—8a, and began to increase gradually
after 8a of RFL. The contents of Ca鄄P increased progressively with the age of RFL, and showed more and more contribution
to IP. Soil inorganic P accounted for 35.90%—67.27% of soil total P, owning the same change tendency as Fe鄄P with
various age of RFL, and dominated the change tendency of TP after RFL. Soil organic P accounted for 17.82%—50.51% of
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total P and increased gradually with the RFL age. With restoration age, the contribution of Ca鄄P to inorganic P pool and
organic P to total P pool increased. The results also indicated Al鄄P, Fe鄄P and O鄄P controlled P availability in wetlands with
RFL age. The changes of soil P contents, composition, and availability were attributed to soil clay content, and shift of
hydrological condition and recovery status of vegetation after RFL.
Key Words: returning farmland to lake; wetland soil; forms of phosphorus; phosphorus availability; Caizi lake
摇 摇 湿地是介于陆地和水生生态系统之间的过渡地
带,具有独特的水文、土壤、植被与生物特征,是自然
界生物多样性最丰富的生态景观和人类重要的生存
环境,被誉为“自然之肾冶 [1]。 由于人类长期的不合
理开发利用,长江中下游湿地生态系统有着退化的
趋向。 自 1998年长江特大洪水后,退耕还湖成为我
国长江中下游湿地生态恢复的重要举措。 退化湿地
生态系统功能恢复及其环境效应成为湿地科学研究
的重要方向[2]。
磷是湿地生态系统的主要限制性养分之一,影
响着湿地生态系统结构、功能和生产力[3]。 湿地可
通过土壤基质吸附、植物吸收和微生物积累等途径
截留外源磷素,增加湿地土壤磷含量[1,4鄄5]。 同时湿
地土壤或沉积物在一定条件下释放自身磷素或吸附
的外源磷素,致使上覆水体中磷含量增加,导致湿地
上覆水体富营养化[4鄄7],破坏良性湿地生态系统的结
构与功能。 磷素通过在湿地土壤的生物地球化学过
程,形成生物化学性质各异的各种形态,不同生物化
学性质的形态磷素不仅影响磷素总体生物有效性,
也影响磷素在土壤及土壤与水体间迁移转化[5鄄9]。
因此,湿地土壤磷素分级研究方法不仅可有效揭示
湿地土壤磷素状况[10],也可更好评估湿地土壤磷流
失风险。 当前湿地土壤磷素形态研究表明湿地利用
方式[11鄄12]、植被类型及生长[13鄄14]、干湿交替[4,6]、季
节变化[15]、土壤母质[16鄄17]和季节性淹水或洪水[18鄄19]
等均对磷素形态组分及含量产生影响,进而影响湿
地土壤磷素生物有效性及磷素迁移转化行为,但尚
未见到退耕还湖后湿地土壤磷素形态组分变化的研
究报道。
本文通过磷素分级方法研究不同退耕年限(2、
5、8、10a和 20a)湿地、原始湿地和仍耕作油菜地土
壤全磷、有效磷、有机磷和无机磷组分进行比较分
析,探讨退耕还湖后湿地生态恢复过程中土壤磷库
特征变化及环境效应,为长江中下游沿江退化湿地
生态恢复及其有效管理提供科学依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
摇 摇 菜子湖位于安徽省安庆市,是长江中下游淡水
湖泊群的重要组成部分之一。 湖区地貌以丘陵和冲
积平原为主,年平均气温 16. 6益,年平均降水量
1325.5 mm。 4—10 月为丰水期,水深 3 m 以上,11
月—翌年 3月为枯水期,湖底大多出露为滩涂。 湖
区主要土壤类型为红壤、潮土和水稻土。 20 世纪 50
年代菜子湖区开始大规模围垦,导致湿地大面积消
失,到 80年代中期开始逐步退耕还湖,1998 年特大
洪水后,加快退耕还湖进程。 本研究中退耕还湖湿
地样地均为水产养殖区,养殖区水体与自然水域自
由联通。
1.2摇 土样采集与处理
于 2010年 12 月在菜子湖区先让村、双兴村、许
咀村、玉咀村和苏家庄村,选择不同退耕年限湿地
(伊aW)、原始湿地(NW)和油菜地(RF)典型样地。
退耕湿地除退耕年限不同外,其他条件相同或相似,
植被均为乳突苔草群落(Carex maximowiczii),退耕
前耕作历史均为种植油菜(Brassica campestris)。 退
耕湿地退耕年限分别为 2a ( 2aW)、5a ( 5aW)、8a
(8aW)、10a(10aW)和 20a(20aW)。 2010年 12月份
采样时,苔草尚在发芽,当时未描述样地植被高度和
盖度。 本文采用 2011 年 4 月在该样地采样时的植
被描述。 RF(30毅53忆57义 N, 117毅06忆07义 E):植株高约
145 cm,盖度约 95%;2aW(30毅55忆36义 N, 117毅06忆08义
E):植株高约 40 cm,盖度约 30%;5aW(30毅55忆35义
N, 117毅06忆08义 E):植株高约 55 cm,盖度约 75%;
8aW(30毅53忆43义 N, 117毅06忆43义 E):植株高约 80 cm,
盖度约 100%;10aW(30毅53忆46义 N, 117毅06忆44义 E):
植株高约 80 cm;盖度约 100%;20aW(30毅53忆11义 N,
117毅00忆59E):植株高约 100 cm,盖度约 100%;NW
5562摇 10期 摇 摇 摇 刘文静摇 等:不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化 摇
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(30毅56忆44义 N, 117毅06忆25义 E):植株高约 90 cm,盖度
约 100%。 每个样地随机设置 3 个重复,每个重复样
地面积 30 m伊30 m,在此范围内按“S冶型样线采 5 个
土样混合 1个样,分表层(0—6 cm)和亚表层(6—16
cm)分别采集。 土壤样品经自然风干后磨碎,分别过
2 mm和 0. 149 mm 径筛,保存备用。
1.3摇 分析方法
土壤理化性质指标测定方法[20]如下:土壤容重
测定采用环刀法,同时测定土壤含水量;pH 值测定
采用电位计法也V(水)颐m(土) = 2.5颐1页;土壤有机质
(SOM)含量测定采用重铬酸钾鄄外加热法;全氮
(TN)含量测定采用半微量鄄凯氏法;全磷(TP)含量
测定采用硫酸鄄高氯酸鄄钼锑抗比色法;有效磷(AP)
含量测定采用碳酸氢钠鄄钼锑抗比色法;土壤黏粒
(CC)含量分析参照 MURRAY 的方法[21];无机磷
(IP)分级采用张守敬和 Jackson 的方法[19];有机磷
(OP)含量测定采用烧灼法[20]。 研究区样地土壤基
本理化性质见表 1。
表 1摇 研究区样地土壤基本理化性质[23]
Table 1摇 Soil physical and chemical properties of the studied soils
样地
Sample plot
土壤层次 / cm
Soil depth
pH
(H2O)
含水量 / %
Water content
黏粒 / %
Soil clay
有机质 / (g / kg)
Organic matter
全氮 / (g / kg)
Total nitrogen
RF 0—6 4.75依0.11 13.44 19.78依2.35 17.07依0.68 1.29依0.17
6—16 4.69依0.15 17.98 19.72依2.16 16.57依0.34 1.01依0.11
2aW 0—6 4.63依0.06 19.58 19.17依0.43 20.93依0.36 1.22依0.21
6—16 4.60依0.08 20.26 18.44依0.21 17.65依0.28 0.70依0.03
5aW 0—6 4.69依0.09 23.89 22.84依0.37 23.79依0.32 2.61依0.07
6—16 4.86依0.15 20.24 23.82依0.31 18.20依0.48 0.76依0.08
8aW 0—6 4.64依0.05 25.27 27.36依1.04 25.59依0.88 2.43依0.06
6—16 4.97依0.04 19.77 26.55依0.71 18.94依0.31 0.84依0.01
10aW 0—6 4.54依0.06 28.35 30.81依0.66 29.65依0.60 2.17依0.21
6—16 4.84依0.02 20.51 32.60依0.82 19.12依0.16 1.03依0.08
20aW 0—6 4.60依0.05 45.19 31.09依1.43 44.29依1.47 1.87依0.28
6—16 4.67依0.10 33.38 32.24依1.70 20.27依0.80 0.87依0.08
NW 0—6 4.56依0.13 60.97 34.86依1.18 51.77依3.34 3.28依0.50
6—16 4.62依0.06 52.97 34.67依1.83 24.15依0.62 1.47依0.29
摇 摇 RF为油菜地 RF representing rape field; 2aW、5aW、8aW、10aW 和 20aW 分别为退耕 2、5、8、10 和 20 年湿地, 2aW, 5aW, 8aW, 10aW and
20aW representing wetlands with 2, 5, 8, 10 and 20 years of restoration;NW为原始湿地 NW representing natural wetland
1.4摇 数据处理分析
利用 EXCEL2003 对数据进行处理、制图;应用
SPSS(17.0)对数据进行差异分析和相关性分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 退耕后湿地土壤无机磷各形态含量变化
土壤中磷素的形态决定磷素有效性,恰当的磷
素分级方法能较好地评价土壤有效磷库的大小和磷
素的供应状况[8,10]。 本文针对研究区湿地土壤属于
酸性土的特点(表 1),采用张守敬和 Jackson 提出的
无机磷分级方法,把湿地土壤无机磷分为 Al鄄P、Fe鄄
P、O鄄P 和 Ca鄄P 四种形态,退耕后湿地土壤不同形态
无机磷含量变化如图 1。 研究区退耕湿地土壤无机
磷形态以 Fe鄄P 为主,含量在 73.55—391.76mg / kg 之
间,占总无机磷的比例为 54.20%—74.13%;Ca鄄P 次
之,含量在 21. 64—108. 04mg / kg,占总无机磷的
7郾 26%—26.72%;O鄄P 含量在 17.15—29.57mg / kg,占
总无机磷的比例为 4. 93%—16. 28%;Al鄄P 含量在
5郾 84—25.97mg / kg之间,占总无机磷的比例最低,在
3.54%—9.02%之间。 研究结果与白军红等对向海
湿地[24]和张彬等对三峡库区消落带湿地土壤无机
磷以 Ca鄄P 为主[7]的结果有差异,这与该研究区土壤
属于酸性土而向海湿地和三峡库区消落带湿地土壤
属中性或碱性土有关,一般酸性土壤无机磷以 Fe鄄P、
Al鄄P 为主,而中性或碱性土壤无机磷以 Ca鄄P 为
主[4,8]。 由表 2可知,退耕湿地土壤无机磷与 Al鄄P、
O鄄P 呈显著正相关(P<0.005),与 Fe鄄P、Ca鄄P 呈极显
著正相关(P <0.001),同时 Fe鄄P 占土壤无机磷比重
6562 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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最大(54. 20%—74. 13%)。 因此,退耕后湿地土壤
Fe鄄P 主导着无机磷变化趋势。
研究区湿地土壤 Al鄄P 和 Fe鄄P 在退耕 2—8a 表
层含量低于亚表层,退耕 8a 后开始高于亚表层;土
壤 O鄄P 含量均表现为表层低于或等于亚表层;土壤
Ca鄄P 均表现等于或高于亚表层。 总体上退耕 2—8a
内湿地土壤 Al鄄P、Fe鄄P 和 O鄄P 含量均有不同程度逐
渐减少趋势,其中 Fe鄄P 含量减少幅度最大,在退耕
8a后,湿地土壤 Al鄄P、Fe鄄P 和 O鄄P 含量开始上升,而
湿地土壤 Ca鄄P 含量随退耕年限的增加整体呈增长
趋势。
图 1摇 不同退耕年限下湿地土壤 Al鄄P、Fe鄄P、O鄄P、Ca鄄P含量的变化
Fig.1摇 Al鄄P, Fe鄄P, O鄄P, Ca鄄P contents in wetlands with various restoration age
RF为油菜地 RF representing rape field; 2aW、5aW、8aW、10aW和 20aW分别为退耕 2、5、8、10和 20年湿地 2aW, 5aW, 8aW, 10aW and 20aW
representing wetlands with 2, 5, 8, 10 and 20 years of restoration;NW为原始湿地 NW representing natural wetland
2.2摇 退耕后湿地土壤无机磷、有机磷和全磷含量
变化
土壤中的全磷可分为无机磷和有机磷两大部
分,其中无机磷是磷素的一个极其重要的组成部分,
是植物所需磷的主要来源,其含量占全磷的 60%—
80%[4,20]。 退耕后湿地土壤无机磷含量在 135.69—
545.18mg / kg,占全磷的 35.90%—67.27%。 退耕后
湿地土壤无机磷含量的消长变化趋势与 Al鄄P、Fe鄄P
和 O鄄P 相似,在退耕 2—8a 内呈逐渐降低趋势且表
层含量低于亚表层,在退耕 8a 后呈增长趋势且表层
含量开始高于亚表层(图 2)。 土壤有机磷是土壤磷
素的重要组成部分,对土壤肥力和植物营养有着重
要影响,我国大部分土壤有机磷占全磷的 20%—
40%[20]。 研究区湿地土壤有机磷含量在 81. 25—
275.01 mg / kg,占全磷比例为 17.82% —50.50%,总
体低于研究区湿地土壤无机磷含量。 这与东北三江
图 2摇 不同退耕年限下湿地土壤无机磷、有机磷、全磷含量的变化
Fig.2摇 Inorganic P、Organic P、Total P contents in wetlands with various restoration age
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平原小叶章草甸土壤有机磷总量高于无机磷[15]表
现有差异。 退耕还湖后湿地土壤有机磷含量在退耕
后 2a内有所下降,退耕 2a 后开始随退耕年限增加
而增加,且所有样地表层土壤有机磷含量高于亚表
层(表 2)。 土壤全磷表示土壤磷素的总储量,是衡
量磷素营养水平的参考指标,主要来源于成土母质
和动植物残体的归还,也与施肥措施等人类生产活
动有关[20]。 研究区湿地土壤全磷含量在 0郾 31—
1郾 08g / kg之间,且在退耕 2—8a时逐渐缓慢下降,在
退耕 8a后开始升高,总体与退耕后湿地土壤无机磷
变化一致(图 1,图 2)。
本文中若用各个形态无机磷之和再加上有机磷
代表土壤全磷,那么数值均小于实测土壤全磷含量,
基本只有实测全磷的 75%—95%,但退耕后湿地土
壤加和的全磷与实测全磷变化趋势基本一致,这可
能是由于在无机磷连续分级中,每个步骤均有可能
不同程度磷损失有关。
2.3摇 退耕后湿地土壤磷素有效性变化
土壤速效磷是土壤中可被植物吸收的组分,是
土壤磷素养分直接供应水平高低的指标。 退耕还湖
后湿地土壤有效磷表现出退耕 10a 期间连续减低,
而退耕 20a后升高(图 3)。 全磷和有效磷是用以衡
量土壤磷素状态的两个重要指标,用速效磷与全磷
之比———土壤磷素活化系数 ( Phosphorus activation
coefficient,简称 PAC)来衡量土壤全磷的有效性。 有
研究表明,PAC大于 2.0%说明土壤全磷容易转化为
速效磷,PAC小于 2.0%说明全磷各形态很难转化为
速效磷[25]。 退耕后湿地土壤磷素活化系数在退耕
2—10a内逐渐下降,退耕 20a后开始上升,但仍未达
到原始湿地水平,总体与 Al鄄P 和 Fe鄄P 变化趋势一
致。 其中退耕 5、8a 和 10 a 湿地土壤 PAC 低于
2郾 0%,而油菜地、退耕 2 a 湿地、退耕 20 a 湿地和原
始湿地高于 2.0%(图 3)。
图 3摇 不同退耕年限下有效磷、PAC的变化
Fig.3摇 Available P contents、PAC in wetlands with various restoration age
表 2摇 研究区湿地土壤磷素形态与土壤理化性状间的相关系数
Table 2摇 Correlation analysis of soil phosphorus fractions and soil physical and chemical properties
TP IP OP Al鄄P Fe鄄P O鄄P Ca鄄P AP CC SOM pH
IP 0.921**
OP 0.726** 0.446
Al鄄P 0.336 0.540* -0.141
Fe鄄P 0.887** 0.991** 0.393 0.612*
O鄄P 0.431 0.625* -0.079 0.498 0.625*
Ca鄄P 0.884** 0.815** 0.643* 0.029 -0.254 0.380
AP 0.718** 0.775** -0.110 0.780** 0.793** 0.651* 0.456
CC 0.490 0.345 0.626* -0.543* -0.632* 0.100 0.740** -0.617*
SOM 0.829** 0.597* 0.958** -0.006 -0.141 0.005 0.760** -0.015 0.582*
pH -0.542* -0.465 -0.414 -0.361 -0.423 -0.132 -0.495 -0.485 -0.166 -0.534*
PAC 0.064 0.779** -0.379 0.861** 0.814** 0.585* -0.203 0.734** -0.693** -0.275 -0.230
摇 摇 n= 14;*表示在 琢= 0.05水平上显著相关;**表示在 琢= 0.01水平上显著相关
3摇 讨论
土壤无机磷是湿地植物所需磷的主要来源,一
般在酸性土壤无机磷形态中以 Fe鄄P 和 O鄄P 占主要
部分,Al鄄P 次之,而 Ca鄄P 含量很低[4,8,10]。 研究区样
地酸性土壤环境下 Fe鄄P 含量最高,占土壤无机磷比
8562 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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重最大,与无机磷相关性系数最高(表 2),主导着无
机磷变化趋势;但 Ca鄄P 含量也较高,处于第 2 位。
前人研究表明湿地利用方式、植被类型及生长、干湿
交替、季节变化、土壤母质和季节性洪水等均影响湿
地土壤磷素形态组分及含量[11鄄19,26]。 本研究区同处
于菜子湖区,除对照油菜样地植被为油菜外,其他样
地优势植被均为由于退耕年限不同而长势不同的苔
草,同时土壤母质、水文条件导致的干湿交替和洪水
频率与性质均相同。 因此,不同退耕年限后的植被
状况差异是影响湿地土壤磷素形态的重要因素。 植
物根系通过分泌有机酸活化土壤中的 Al鄄P、Fe鄄P 和
Ca鄄P,提高土壤磷素生物有效性[27鄄28],而有机酸也可
促进土壤 O鄄P 的积累[28]。 研究区退耕还湖后苔草
绝大多数根系分布在表层(0—6 cm),利用和消耗根
系附近土壤 Al鄄P 和 Fe鄄P,导致退耕 2—8a 内湿地表
层和亚表层土壤 Al鄄P 和 Fe鄄P 含量的减少,并表现出
的表层降低幅度大于亚表层。 退耕还湖后湿地恢复
了周期性淹水的水文条件,而淹水条件致使土壤 Al鄄
P,Fe鄄P 和 O鄄P 转化水溶性磷,进而容易流失[4,6],而
Ca鄄P 则不易流失[9],加上退耕期短,植被保肥功能
尚未康复,致使退耕后湿地表层土壤磷素流失[23]。
因此退耕后周期性淹水进一步促使退耕 2—8a 内湿
地表层土壤 Al鄄P,Fe鄄P 和 O鄄P 含量降低。 当退耕 8a
后,随着苔草等植被得到较好恢复,湿地土壤对外源
磷截留和保持能力增强[23],同时由于植被恢复而增
多的枯枝落叶及根系残留物中有机磷经微生物分解
矿化可促进土壤 Al鄄P, Fe鄄P 和 O鄄P 含量逐渐升
高[8],并表现出表层土壤提高幅度高于亚表层。 土
壤 Ca鄄P 在中性至碱性反应的、相对未风化的成土初
期占优势, 在中性至强酸性土壤的逐渐风化过程中
可转化为生物有效性高的 Al鄄P 和 Fe鄄P [8]。 退耕后
湿地土壤 Ca鄄P 含量逐渐增加,表层土壤 Ca鄄P 含量
均高于亚表层,且表层土壤 Ca鄄P 占无机磷比例也由
油菜地的 9.2%增到退耕 20a 的 26.7%,对无机磷贡
献越来越大。 这可能与湿地土壤 Ca鄄P 较难被植被
吸收利用[4,8],也不容易随淹水而流失[9]有关。 有研
究表明三峡库区消落带由于淹水带来的 Ca鄄P 积累
远多于 Al鄄P,Fe鄄P 和 O鄄P [7],因此退耕后周期性淹水
或季节性洪水可带来丰富 Ca鄄P [19],尤其水体中大悬
浮颗粒含有较高磷灰石碎屑[29],促使退耕后湿地土
壤 Ca鄄P 积累而持续上升。 目前本课题组正对淹水
后研究区地表余留结皮中磷形态组分进行分析,以
探明淹水带来沉积物对湿地土壤磷素形态的影响。
另外一般酸性条件下土壤 Ca鄄P 较少[8],而本研究区
土壤 pH为 4.54—4.97,但在退耕 8—20 a 湿地土壤
Ca鄄P 不断积累,占无机磷达到 19.5%—26.7%,这种
酸性土壤环境下 Ca鄄P 积累机制需进一步研究。
土壤有机质是有机磷的载体,研究区湿地土壤
有机磷含量与土壤有机质呈极显著正相关 ( P <
0郾 001)(表 2)。 土壤有机磷的多少取决于土壤有机
质数量及有机质分解速率[4]。 同时土壤有机磷与
Ca鄄P 可能结合在一起[30],有研究表明湿地沉水植物
腐烂可促进土壤 Ca鄄P 沉积[31],本文研究结果也表
明退耕后两者变化趋势一致,两者之间存在显著正
相关关系(表 2)。 退耕后随着人类活动的减弱,湿
地土壤植被的不断恢复[15,23]。 虽然退耕后植被恢复
也带来微生物分解有机质活性增强,但周期性淹水
导致的还原条件时微生物活性降低,总体上微生物
对有机质的分解速率小于有机质的累积速率[4,15],
促使退耕湿地土壤有机质逐渐提高[23],土壤有机磷
不断积累。 同时周期性淹水也可带来丰富的外源有
机磷[7]。 而湿地土壤黏粒具有较大的比表面积,易
吸附固定有机物质,并通过粘土胶体保护有机质免
受微生物的分解,进而保护有机磷免受微生物分解
矿化。 研究区土壤有机磷含量与土壤黏粒呈显著正
相关(P<0.005),表明黏粒也是影响退耕后土壤有机
磷积累的重要因素,随着退耕年限增加黏粒含量增
加也可促进湿地土壤有机磷提高。
土壤全磷表示土壤磷素的总储量,是衡量磷素
营养水平的参考指标。 研究区退耕后湿地土壤全磷
含量与无机磷和有机磷相关系数分别为 0. 921 和
0郾 726,均呈极显著正相关(P<0.001)(表 2),而无机
磷占全磷平均比重大于有机磷,表明退耕后无机磷
变化主导土壤全磷的变化。 但退耕后湿地土壤有机
磷含量逐渐升高,占土壤全磷的比重也逐渐增加,表
明有机磷对于退耕湿地土壤磷库恢复也起着重要作
用。 对于退耕还湖前油菜地,土壤全磷来源土壤母
质,也来源于化肥施用;退耕后湿地生态系统,周期
性淹水或季节性洪水是外源磷主要来源。 因此,研
究区退耕初期周期性淹水条件造成可溶磷素的流失
以及植被恢复对土壤磷的消耗,导致土壤全磷降低,
而退耕后期随着植被恢复导致土壤无机磷和有机磷
9562摇 10期 摇 摇 摇 刘文静摇 等:不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化 摇
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增加进而导致全磷增加。
湿地土壤有机磷的磷素有效性较低,需经微生
物分解矿化提高有效性[7],酸性或中性土壤环境下
无机磷中 Al鄄P 和 Fe鄄P 的磷素有效性很高,而淹水促
进 Fe3+的还原使部分 O鄄P 得到释放,并向有效性较
高的 Al鄄P 和 Fe鄄P 转化,Ca鄄P 有效性较低,可在植物
分泌的有机酸作用下可提高生物有效性[4,6]。 研究
区退耕 2—8a土壤表层 Al鄄P、Fe鄄P 和 O鄄P 含量表现
出低于亚表层,而土壤 Ca鄄P 和有机磷却均为表层高
于或等于亚表层,佐证了 Al鄄P、Fe鄄P 和 O鄄P 利用性
或活性高于 Ca鄄P 和有机磷,3 种无机磷形态易被植
被恢复对磷素利用或周期性淹水而流失。 退耕后湿
地土壤有效磷含量和有效率也与 Al鄄P、Fe鄄P 和 O鄄P
变化趋势基本一致,并存在显著或极显著正相关关
系,却均与有机磷呈负相关关系,但未达到显著水
平,与 Ca鄄P 相关性不显著(表 2)。 表明退耕后湿地
无机磷控制着土壤磷素有效性。 湿地土壤磷素生物
有效性不仅与磷素形态有关,而且与植被生长状况、
土壤 微 生 物 活 性、 理 化 性 质 等 环 境 密 切 相
关[4鄄5,13,15]。 退耕后前期由于植被恢复对有效磷的
吸收和湿地周期性淹水导致有效磷流失,同时由于
植被尚在恢复,植被分泌有机酸能力和保肥能力均
较弱,而土壤微生物活性也不高,因此,土壤有效磷
逐渐降低;退耕后期随着植被恢复,植被保肥能力、
截留外源磷能力和分泌有机酸能力逐渐增强,同时
土壤微生物活性增强,增加对有机磷的分解,表现出
较高磷素有效性。 相关性分析表明研究区湿地土壤
有效磷含量和土壤磷素活化系数均与黏粒含量呈极
显著负相关关系,与土壤有机质和 pH 呈负相关关
系,但均未达到显著水平(表 2),表明退耕后湿地土
壤磷素有效性也受土壤黏粒含量的影响。
另外,退耕湿地前是油菜地,由于农业施肥措施
使土壤无机磷含量较高。 退耕还湖 2—5a,植被尚在
恢复过程中,有较多地表裸露,周期性淹水可导致可
溶性磷或颗粒态磷流失。 因此,研究区土壤全磷量
降低,其中主要是生物有效性较高的 Al鄄P、Fe鄄P 和
O鄄P 的流失,表明这段时期退耕湿地对于湖泊水体
来讲是“磷冶的释放源,存在污染水体的风险。 退耕
8 a以后,无论是有机磷还是无机磷均存在上升趋
势,相对于水体表现出“汇冶的功能,起着净化水体作
用。 退耕湿地的磷素“源冶 “汇冶生态功能的转换与
植被恢复密切相关。
4摇 结论
(1)菜子湖区湿地土壤无机磷形态以 Fe鄄P 为
主,占无机磷总量的 54.20%—74.13%,且退耕后与
Al鄄P 和 O鄄P 均呈先降低后升高趋势,而 Ca鄄P 退耕后
一直持续增加,对无机磷贡献率(7.26%—26.72%)
也持续增加,是退耕后湿地无机磷库恢复重要组分。
周期性淹水和植被生长是导致退耕后无机磷各形态
组分消长的重要因素。 周期性淹水或洪水可能是退
耕后湿地土壤 Ca鄄P 持续增加原因之一,而退耕后酸
性土壤环境下 Ca鄄P 累积机理需进一步研究。
(2)湿地土壤无机磷占全磷的比例为 35.90%—
67.27%,有机磷占全磷的 17.82% —50.50%。 无机
磷和全磷含量均随退耕年限延长呈先减少后增加的
趋势,而有机磷含量退耕后逐渐升高,但无机磷主导
着退耕后土壤全磷变化。 退耕后植被恢复状况和周
期性淹水带来的外源磷是湿地土壤全磷的增加重要
因素。
(3)退耕后湿地土壤有效磷和磷素活化系数变
化趋势均与 Al鄄P、Fe鄄P 和 O鄄P 一致,且与该 3 种无
机磷存在显著或极显著正相关关系,结合退耕后几
年该 3 种无机磷表层含量均低于亚表层,表明退耕
后湿地磷素生物有效性取决于该 3 种形态无机磷含
量,而有机磷和 Ca鄄P 生物有效性较小。 同时退耕湿
地土壤黏粒也是影响湿地土壤磷素生物有效性的重
要因素。
(4)退耕还湖 2—5a 存在湿地表层土壤磷流失
的风险,表现出磷素“源冶的功能,而退耕 8a 后,湿地
土壤表现出磷素“汇冶的功能逐渐恢复,起着净化水
体作用。 而退耕湿地植被状况是土壤磷素 “源冶
“汇冶功能转换的驱动力。 因此,应减少或避免对退
耕湿地植被恢复过程的干扰,促使退耕湿地向原始
湿地生态方向演变,进而恢复和提升退耕湿地的外
源磷“汇冶的生态功能。
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2662 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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主摇 摇 编摇 王如松
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