全 文 ：ISSN 1000-0933
CN 11-2031/Q
中国生态学学会 主办
出版
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生
态
学
报
中国科学院生态环境研究中心
第 31卷 第 13期 Vol.31 No.13 2011
生态学报
Acta Ecologica Sinica第三
十
一
卷
第
十
三
期
二
○
一
一
年
七
月
2011-13 2011.7.6, 4:59 PM1
　 　 　 　 　 生 态 学 报
　 　 　 　 　 　 　 (SHENGTAI XUEBAO)
　 　 第 31 卷 第 13 期　 　 2011 年 7 月　 (半月刊)
目　 　 次
我国东部北亚热带植物群落季相的时空变化 陈效逑,亓孝然,阿　 杉,等 (3559)………………………………
华北低丘山地人工林蒸散的季节变化及环境影响要素 黄　 辉,孟　 平,张劲松,等 (3569)……………………
东北东部 14 个温带树种树干呼吸的种内种间变异 许　 飞,王传宽,王兴昌 (3581)……………………………
RS和 GIS支持的洪河地区湿地生态健康评价 王一涵,周德民,孙永华 (3590)…………………………………
应用光合色素研究广西钦州湾丰水期浮游植物群落结构 蓝文陆,王晓辉,黎明民 (3601)……………………
基于不可替代性的青海省三江源地区保护区功能区划研究 曲　 艺,王秀磊,栾晓峰,等 (3609)………………
融雪时间对大卫马先蒿生长和繁殖特性的影响 陈文年,吴　 彦,吴　 宁,等 (3621)…………………………
巴郎山刺叶高山栎叶片 δ13C对海拔高度的响应 冯秋红,程瑞梅,史作民,等 (3629)…………………………
宁南半干旱与半干旱偏旱区苜蓿草地土壤水分与养分特征 任晶晶,李　 军,王学春,等 (3638)……………
南岭小坑藜蒴栲群落地上部分生物量分配规律 李　 根,周光益,王　 旭,等 (3650)……………………………
放牧对五台山高山、亚高山草甸牧草品质的影响 章异平,江　 源,刘全儒,等 (3659)…………………………
短期增温对贡嘎山峨眉冷杉幼苗生长及其 CNP化学计量学特征的影响
羊留冬,杨　 燕,王根绪,等 (3668)
………………………………………
……………………………………………………………………………
锰胁迫对垂序商陆叶片形态结构及叶绿体超微结构的影响 梁文斌,薛生国,沈吉红,等 (3677)………………
土荆芥挥发油对蚕豆根尖细胞的化感潜力 胡琬君,马丹炜,王亚男,等 (3684)…………………………………
喀斯特城市杨树人工林微量元素的生物循环 王新凯,田大伦,闫文德,等 (3691)………………………………
大兴安岭林区多孔菌的区系组成与种群结构 崔宝凯,余长军 (3700)……………………………………………
铜绿微囊藻和斜生栅藻非稳态营养盐限制条件下的生长竞争特性 赵晓东,潘　 江,李金页,等 (3710)………
陆地棉萌发至三叶期不同生育阶段耐盐特性 王俊娟,王德龙,樊伟莉,等 (3720)………………………………
基于模式生物秀丽隐杆线虫的三丁基锡生态毒性评价 王　 云,杨亚楠,简风雷,等 (3728)……………………
大庆油田石油开采对土壤线虫群落的影响 肖能文,谢德燕,王学霞,等 (3736)…………………………………
若尔盖高寒草甸退化对中小型土壤动物群落的影响 吴鹏飞,杨大星 (3745)……………………………………
洞庭湖湿地土壤环境及其对退田还湖方式的响应 刘　 娜,王克林,谢永宏,等 (3758)…………………………
渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟 张社红,李　 军,王学春,等 (3767)…………………………
黄土丘陵区不同土地利用下土壤释放 N2O潜力的影响因素 祁金花,黄懿梅,张　 宏,等 (3778)……………
东北中部地区水稻不同生育时期低温处理下生理变化及耐冷性比较 宋广树,孙忠富,孙　 蕾,等 (3788)……
硫对成熟期烤烟叶绿素荧光参数的影响 朱英华,屠乃美,肖汉乾,等 (3796)……………………………………
高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应
邱翠花,计玮玮,郭延平 (3802)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
覆膜对土壤-莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响 李丽丽,李非里,刘秋亚,等 (3811)………………………
基于空间分带的崇明东滩水鸟适宜生境的时空动态分析 范学忠,张利权,袁　 琳,等 (3820)…………………
驯鹿对苔藓植物的选择食用及其生境的物种多样性 冯　 超,白学良 (3830)……………………………………
北京城市绿地调蓄雨水径流功能及其价值评估 张　 彪,谢高地,薛　 康,等 (3839)……………………………
专论与综述
冻土甲烷循环微生物群落及其对全球变化的响应 倪永清,史学伟,郑晓吉,等 (3846)…………………………
哺乳动物毛被传热性能及其影响因素 郑　 雷,张　 伟,华　 彦 (3856)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 70． 00*1510*33*
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2011-07
封面图说: 滇金丝猴是我国特有的世界珍稀动物之一,属国家一级重点保护物种。 仅生活在滇藏交界处的高寒云冷杉林中,是
我国川、滇、黔三种金丝猴中唯一具有和人类一样美丽红唇的金丝猴。 手中的松萝是它最喜爱的食物之一。
彩图提供: 陈建伟教授　 国家林业局　 E-mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 13 期
2011 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 13
Jul. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院创新团队项目(KZCX2鄄YW鄄T07);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2鄄YW鄄435)
收稿日期:2010鄄12鄄15; 摇 摇 修订日期:2011鄄04鄄18
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: kelin@ isa. ac. cn
刘娜, 王克林, 谢永宏,杨刚, 段亚锋.洞庭湖湿地土壤环境及其对退田还湖方式的响应.生态学报,2011,31(13):3758鄄3766.
Liu N, Wang K L, Xie Y H, Yang G, Duan Y F. Characteristics of the soil environment of Dongting Lake wetlands and its response to the converting
farmland to lake project. Acta Ecologica Sinica,2011,31(13):3758鄄3766.
洞庭湖湿地土壤环境及其对退田还湖方式的响应
刘摇 娜1,2, 王克林1,*, 谢永宏1,3,杨摇 刚1,3, 段亚锋1,2
(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙摇 410125;
2. 湖南农业大学生物科学技术学院,长沙摇 410128; 3. 中国科学院洞庭湖湿地生态研究站, 岳阳摇 414000)
摘要:土壤物理、化学和生物学特性是构成土壤环境的主要组分,综合影响湿地生态系统的调蓄功能和演替恢复。 以农田(水
田和旱地)和自然湿地系统(苔草地和芦苇地)为对照,以 3 种退田还湖生态系统(种植杨树、芦苇和自然恢复)为研究对象,采
用主成分和聚类分析,探索湿地土壤总体环境与生态系统演替过程的相关性。 研究结果表明,土壤总体环境与生态系统恢复有
很好的一致性。 退田还湖为自然水域后,土壤环境的恢复接近于自然湿地系统,在 3 种退田还湖方式中恢复最好;杨树林地对
土壤环境的恢复效果优于人工芦苇地,在一定程度上对湿地土壤环境有所改善,特别是对土壤有机质积累、土壤粘粒形成等过
程的改善,但是其土壤环境与苔草等自然湿地发育的土壤仍然有较大差异;因子重要性分析表明水文情势是控制湿地土壤环境
恢复的决定性因素,其次是人类干扰强度和方式。
关键词:洞庭湖湿地;退田还湖;土壤环境;生态调蓄
Characteristics of the soil environment of Dongting Lake wetlands and its
response to the converting farmland to lake project
LIU Na1,2, WANG Kelin1,*, XIE Yonghong1,3, YANG Gang1,3, DUAN Yafeng1,2
1 Key Laboratory for Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha
410125, China
2 College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
3 Dongting Lake Station for Wetland Ecosystem, Chinese Academy of Sciences, Yueyang 414000, China
Abstract: Long鄄term monitoring of soil properties is important for management and restoration of the Dongting Lake wetland
after implementation of the converting farmland to lake (CFTL) project. Soil physical, chemical and biological properties
are important components of the soil environment, and they affect water regulation and vegetation succession of wetland
ecosystems. Although there have been reports on changes in soil properties, including soil particle size composition, C, N
and P contents, microbial biomass C, N, P, and enzyme activities after CFTL, there is still a lack of information evaluating
the ecological consequences of the CFTL project on the soil environment. Therefore, the objectives of this study were to
explore correlations between soil environmental conditions and the processes of ecosystem restoration and succession, and to
investigate the key factors controlling the recovery of the soil environment in degraded ecosystems of the Dongting Lake
wetland. Three types of CFTL projects ( poplar plantation, reed plantation, and natural restoration, e. g. aquiculture),
farmland (dryland and paddy) and natural wetland ecosystems ( reed marsh and Carex marsh) were selected, and soil
samples were taken at depths of 0—30 cm (topsoil), 30—60 cm (subsoil), and 60—100 cm (deep soil) in November
2006. Soil physical, chemical and biological properties including soil particle size composition ( sand, 2. 0—0. 05 mm;
silt, 0. 05—0. 002 mm; clay, < 0. 002 mm), soil organic matter ( SOM), total nitrogen, total phosphorus, total
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potassium, and invertase, urease, catalase, and alkaline phosphatase activities were determined. Principal component
analysis and cluster analysis were used to interpret the data. Clear relationships between soil environmental conditions and
ecosystem restoration were found. The soil environment of the aquiculture ecosystem was very similar to that of the Carex
marsh, indicating that natural restoration is the best approach to wetland restoration among the three types of CFTL. The
soil environment of the poplar plantation was significantly different from that of the natural marsh. However, the poplar
plantation performed better in improving the ecosystem function of SOM accumulation and clay particle formation than did
the reed plantation. The soil environment of the paddy was very similar to that of the aquiculture ecosystem and the Carex
marsh, but the soil of the dryland was different from that of the natural wetland, suggesting that the hydrological regime is
the most important factor affecting restoration of the soil environment, and that human disturbance is of lesser importance.
Importance analysis and one鄄way analysis of variance based on factor scores both showed that accumulation of clay, TP,
TK, and SOM in the topsoil were the most important processes separating the group of relatively dry systems ( dryland,
poplar and reed plantations, and the reed marsh ecosystem) and the group of submersed ecosystems ( Carex marsh,
aquiculture and paddy ecosystems). This suggests that submersion can improve the capacity of the soil environment to
accumulate clay, SOM, P, and K. However, ecosystems with fertilizer input ( dryland, and the poplar and reed
plantations) possess higher N accumulation and urease enzyme activity, implying that fertilization can help to maintain the
supply of N, but on the other hand may increase the risk of N contamination.
Key Words: Dongting Lake wetlands; converting farmland to lake; soil environment; water regulation function
湿地是介于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡带,在全球生态环境中扮演着重要角色。 湿地特有
的地貌条件和水文特性赋予了其巨大的水资源调蓄功能和独特的土壤环境,具有良好的持水和蓄水能力[1]。
然而近年来强烈的人类扰动,使湿地生态系统土壤的物理结构,C、N、P 等元素的生物地球化学循环和生态系
统生产力严重退化[2鄄5]。 这一系列过程的改变导致湿地生态系统群落结构和功能的更替,同时生态系统的变
化又对湿地水文和土壤过程具有重要的反馈作用,但是目前对这种反馈作用的结果及其关键驱动过程和因子
还缺乏明确认识[6]。
洞庭湖具有巨大的生态环境调节功能,作为长江中游最重要的调蓄湖泊,其径流调蓄能力直接关系着长
江中下游地区的生态安全。 近百年来洞庭湖面积不断萎缩,加之上游严重的水土流失,泥沙淤积扩大,导致其
湖泊调蓄功能急剧衰减,洪水、血吸虫和鼠害等自然灾害更加频繁[7鄄9]。 为了应对洞庭湖区出现的一系列生
态环境问题,1998 年始,我国实施了“退田还湖冶工程。 工程实施后,洞庭湖区土地利用结构和方式发生了重
大变化,湖泊各项生态功能也得到了一定提升。 较多学者对退田还湖后,洞庭湖湿地的洪涝调蓄能力[10]、土
壤养分的恢复[9,11]、土壤物理性质的变化[12]、土壤微生物和土壤酶活性特征[13鄄14]等进行了研究。 但缺乏对各
生态系统类型泥沙淤积及相关土壤过程进行综合研究,难以利用湿地类型间调蓄能力和物质循环过程的差异
调整湿地整体的生态格局,有效协调湿地生态功能和物质产出之间的平衡。
本文通过对湿地土壤物理、化学和生物学性质的综合测度,分析土壤环境对不同“退田还湖冶方式的响
应,揭示土壤环境演变过程中不同组分之间的关系,探讨湿地生态系统恢复的关键影响过程和调控因子。 以
期为洞庭湖湿地景观结构优化和生态功能管理提供科学依据和数据支撑。
1摇 研究区概括与研究方法
1. 1摇 研究区概括
研究的 3 个退田还湖恢复区从 1998 年开始实施,包括杨树人工林、人工芦苇和自然恢复(水产养殖)3 种
恢复方式,并以两个典型的自然湿地生态系统(苔草湿地和芦苇湿地)和农田生态系统(水田和旱地)为对照
进行土壤环境恢复评价。 3 个恢复区分别为小集成、官垸和青山垸。 其中,小集成(29毅41忆 N,112毅56忆 E)以种
植杨树为恢复方式,即在居民迁至垸外安置后,退耕并栽植大量的杨树,形成以杨树为建群种的人工林系统。
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官垸(28毅28忆 N,112毅03忆 E)退田还湖后与外湖直接相连,受洪水的影响较大,以种植芦苇为恢复方式,建群种
为芦苇。 青山垸(28毅51忆 N,112毅12忆 E)以形成自然湖泊同时进行“绿色冶水产养殖(如不施肥,不投饵料等)为
恢复方式,堤垸设有水位控制闸,一般在春末夏初开闸蓄水,期间关闭闸门维持水位,冬初开闸放水收获水
产品[9]。
1. 2摇 取样方法
2006 年 11 月,依据典型性和代表性原则,在每个退田还湖模式堤垸设置 3—5 个样地(10 m伊10 m),每块
样地用 Eijkelkamp圆凿钻和活塞取样器(直径 3 cm)随机取 100 cm 长土柱 3 条,按表层(0—30 cm)、次表层
(30—60 cm)、底层(60—100 cm)分层。 同时在不同退田还湖模式相邻堤垸的水田、旱田和典型苔草、芦苇自
然湿地系统设置对照样地,分别形成对照。 其中苔草样地以短尖苔草(Carex brevicuspis)和红穗苔草(Carex
argyi)为优势种。 农田和自然湿地生态系统样地的取样方法与退田还湖区样地相同。 用 GPS对每个样点(地
块)准确定位,记录经纬度及海拔高度。 将同一样地分层后的土样混合后用封口袋装好,带回实验室。 除去
新鲜植物残体及土壤动物,风干、过筛,测定土壤机械组成、化学性质和酶活性。
1. 3摇 分析测定
本研究测定了包括土壤机械组成、土壤有机质( SOM)、全氮( TN)、全磷( TP)、全钾( TK)和蔗糖酶
(Invertase)、尿酶(Urease)、碱性磷酸酶(Phosphatase)及过氧化氢酶(Catalase)等在内的土壤物理、化学和生
物学指标。 其中,土壤机械组成采用吸管法测定,分为砂粒(2. 0—0. 05mm)、粉粒(0. 05—0. 002mm)和粘粒
(<0. 002mm),SOM采用重铬酸钾鄄外加热法测定,TN 采用半微量开氏定氮法测定,TP 采用氢氧化钠碱熔鄄钼
锑抗比色法测定,TK采用氢氧化钠碱熔—火焰光度法测定。 土壤蔗糖酶活性采用硫代硫酸钠滴定法测定,以
消耗 0. 1 mol / L Na2S2O3溶液量(37益,24 h)表示;尿酶活性采用奈氏比色法测定(以 NH+4 鄄N计);碱性磷酸酶
活性采用磷酸苯二钠比色法测定(以酚计);过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法(以 KMnO4计) [15];全部分
析测试过程在中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室完成。
1. 4摇 数据分析
利用主成分分析、One鄄Way ANOVA分析和两步聚类分析(Twostep Cluster Analysis)探讨湿地土壤总体环
境与生态系统演替过程之间的相关性。 所有数据采用 SPSS 11. 5 和 Microsoft Excel 2003 软件进行处理。
2摇 结果与分析
2. 1摇 不同生态系统类型土壤性质的差异
如表 1 所示,苔草生态系统土壤砂粒含量在各层次均显著高于其他系统,而粉粒含量显著低于其他生态
系统。 水产养殖、苔草和水田等淹水生态系统土壤粘粒和 SOM含量显著高于其他类型,说明长期淹水有利于
粘粒淤积和 SOM的积累。 杨树、芦苇等多年生深根系植物,由于每年大量死根的腐解还土,其 SOM的垂直分
布比较均一,根系可能是这类系统 SOM的最大来源。 土壤 TN和 TP含量表现为人工生态系统(人工芦苇、水
田和旱地)高于自然生态系统(苔草和自然芦苇),主要与施肥投入有关。 各系统类型土壤蔗糖酶、尿酶和磷
酸酶活性在土壤剖面的活性具有明显的变化规律,表现为随土层加深而降低。 苔草和水田等淹水生态系统表
层土壤蔗糖酶和磷酸酶活性显著高于其他类型,而脲酶活性的变化则正好相反,说明相对干燥的水分环境有
利于尿酶活性的发挥。 土壤过氧化氢酶活性在杨树和人工芦苇地最高,水产养殖、水田、自然芦苇和旱地次
之,苔草系统最低。
2. 2摇 土壤性质的主成分分析
利用主成分分析对各层次土壤指标进行主成分提取,经最大方差旋转后选取 7 个新的因子变量(F1—
F7)。 新提取因子变量的方差累积贡献率达到原始方差的 85. 8% ,说明新提取的变量能够反映原始数据的方
差信息。 如表 2 所示,F1 因子主要由土壤各层次砂粒和粉粒贡献,反映了土壤的物理结构特征。 粉粒和砂粒
的载荷正负相异,说明粉粒和砂粒在土壤各层次呈负相关。 F2 因子由土壤各层次粘粒、磷酸酶活性和 TP 贡
献,反映了土壤粘粒含量及土壤的供 P能力。 F3 因子提取了土壤过氧化氢酶活性及次表层和底层 SOM的变
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土
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量信息。 过氧化氢酶参与土壤物质和能量的转化,具有分解土壤中对植物有害的过氧化氢的作用,在一定程
度上也反映土壤中腐殖质的再合成强度[16]。 可见 F3 反映了底层土壤对过氧化氢的分解能力及 SOM的积累
强度。 F4 因子提取了 TN的变量信息,反映了土壤 N 的积累和供应能力。 F5 因子提取了土壤 TK 的变量信
息,反映了土壤 K素的供应能力。 F6 因子提取了土壤脲酶的活性特征,反映了土壤水解尿素的能力。 值得注
意的是由于湿地土壤长期处于还原环境,土壤中氨的积累相对较多,对脲酶活性有抑制作用,因而 TN和尿酶
活性并没有明显相关性,这一点与刘存岐等[17]的研究不同。 F7 因子主要由蔗糖酶活性和表层 SOM贡献。 蔗
糖酶是参与湿地碳循环的重要酶类,能水解土壤中的碳水化合物,为微生物和植物提供营养来源,与土壤碳循
环有密切关系[18]。 蔗糖酶活性仅与表层 SOM相关,说明蔗糖酶对表层土壤 C循环具有较大贡献,因而 F7 主
要反映了表层土壤有机 C的积累和周转能力。
表 2摇 土壤性质主成分载荷矩阵
Table 2摇 Factor loadings of the Principal Component Analysis
土壤剖面
Soil profile
土壤性质
Soil properties F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7
0—30cm 砂粒 Sand -0. 727 -0. 073 -0. 143 -0. 133 -0. 199 -0. 436 -0. 027
粉粒 Silt 0. 712 -0. 364 0. 112 0. 194 0. 095 0. 380 0. 014
粘粒 Clay 0. 146 0. 837 0. 082 -0. 094 0. 228 0. 178 0. 028
SOM 0. 026 0. 474 0. 055 0. 242 -0. 097 -0. 103 0. 693
TN 0. 050 -0. 037 0. 014 0. 920 -0. 030 0. 065 0. 035
TP -0. 041 -0. 412 0. 432 0. 533 -0. 450 0. 103 0. 097
TK 0. 050 0. 425 0. 191 0. 065 0. 819 0. 215 -0. 005
蔗糖酶 Invertase -0. 005 0. 401 -0. 574 0. 135 -0. 175 0. 148 0. 534
尿酶 Urease 0. 286 -0. 247 -0. 233 0. 342 -0. 166 0. 664 0. 202
过氧化氢酶 Catalase 0. 175 -0. 139 0. 696 0. 218 -0. 071 0. 424 0. 004
磷酸酶 Phosphatase -0. 128 0. 788 -0. 448 -0. 121 -0. 090 -0. 196 0. 141
30—60cm 砂粒 Sand -0. 897 -0. 219 -0. 167 0. 036 0. 092 -0. 126 -0. 029
粉粒 Silt 0. 921 -0. 014 0. 094 0. 062 -0. 164 0. 143 0. 004
粘粒 Clay 0. 448 0. 673 0. 266 -0. 251 0. 117 0. 033 0. 076
SOM 0. 229 0. 057 0. 680 0. 291 -0. 097 -0. 241 0. 413
TN 0. 041 -0. 055 0. 221 0. 927 0. 060 -0. 049 -0. 017
TP 0. 202 -0. 725 0. 468 0. 281 -0. 154 -0. 127 -0. 082
TK -0. 171 -0. 058 -0. 094 -0. 047 0. 943 -0. 006 -0. 056
蔗糖酶 Invertase 0. 047 -0. 096 -0. 084 0. 199 -0. 049 0. 233 0. 799
尿酶 Urease 0. 215 -0. 026 0. 094 0. 025 0. 050 0. 873 0. 051
过氧化氢酶 Catalase 0. 468 -0. 357 0. 727 0. 062 -0. 054 0. 120 -0. 018
磷酸酶 Phosphatase -0. 095 0. 804 -0. 295 0. 124 -0. 034 -0. 245 -0. 038
60—100cm 砂粒 Sand -0. 885 -0. 056 -0. 242 0. 029 0. 204 -0. 066 -0. 011
粉粒 Silt 0. 865 -0. 138 0. 216 0. 079 -0. 272 0. 028 -0. 023
粘粒 Clay 0. 459 0. 581 0. 185 -0. 322 0. 101 0. 141 0. 102
SOM 0. 388 -0. 015 0. 720 0. 272 -0. 083 -0. 258 0. 209
TN 0. 069 -0. 087 0. 173 0. 886 0. 026 -0. 016 0. 157
TP 0. 394 -0. 640 0. 435 0. 248 -0. 272 -0. 017 -0. 181
TK -0. 317 -0. 125 -0. 166 0. 032 0. 886 -0. 060 -0. 081
蔗糖酶 Invertase -0. 062 -0. 080 0. 329 -0. 298 0. 026 -0. 161 0. 730
尿酶 Urease 0. 194 0. 057 0. 012 -0. 200 0. 068 0. 882 -0. 090
过氧化氢酶 Catalase 0. 480 -0. 302 0. 753 0. 084 -0. 020 0. 172 -0. 026
磷酸酶 Phosphatase -0. 043 0. 847 -0. 204 0. 095 -0. 228 -0. 139 -0. 124
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2. 3摇 不同生态系统类型因子得分的差异
利用 One鄄Way ANOVA分析了不同退田还湖方式、自然湿地和耕地之间因子得分的差异。 如图 1 所示,
苔草生态系统 F1 和 F3 因子得分显著低于其他 6 种类型,而 F2 因子得分显著高于其他类型,说明苔草系统土
壤具有较强的砂粒、粘粒积累能力,而粉粒和土壤底层 SOM的积累能力较小。 自然芦苇的 F2 和 F5 因子得分
相对较小,说明其土壤的 P、K等元素的积累和供应能力较差,主要与每年冬季芦苇和收割,同时缺乏投入有
关。 与自然芦苇不同,人工芦苇 F3 和 F4 的因子得分高于其他类型,而 F7 因子显著低于其他类型,说明人工
芦苇土壤的 N 素供应和底层 SOM 的积累能力较强,而表层土壤有机 C 的积累和周转能力相对较差,这一点
与杨刚等[9]的研究一致,表明施肥投入有利于人工生态系统养分循环的维持和平衡。 水产养殖生态系统 F5
因子得分相对较高,而 F4 因子得分低于其他类型,说明水产养殖系统土壤 K库较大而 N素的淋失比较严重。
水田生态系统 F7 因子得分显著高于其他类型,而 F6 因子显著低于其他类型,说明水田表层土壤有机 C 的积
累和周转能力较强而水解有机 N的能力较弱,这也是水田土壤 SOM和 TN含量较高的原因之一。
b
ab
bc bc
a
b
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b c c
a
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a
ab ab a ab
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a
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bc ab
bc
ab
ab
ab
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0
0.50
1.00
1.50
杨树
自然芦苇
旱地
人工芦苇
苔草
水产养殖
水田
因子
得分
Fact
or sc
ores
生态系统 Ecosystems
图 1摇 不同生态系统类型因子得分的差异分析
Fig. 1摇 Comparing differences in factor scores of different wetland ecosystems
分类
组 C
luste
r 1
2
旱地
人工芦苇
杨树
自然芦苇
水产养殖
水田
苔草
3
百分比 Percent within cluster/%0 20 40 60 80 100 120
图 2摇 基于土壤性质的生态系统聚类分析
Fig. 2摇 Cluster analysis of ecosystems based on soil properties
2. 4摇 土壤环境的聚类分析
如图 2 所示,根据 AIC 判别准则,7 种生态系统被
分为 3 个区组。 其中,旱地、人工芦苇、杨树和自然芦苇
4 种生态类型被聚在第 1 类。 旱地和人工芦苇在聚类
轴上的排列比较接近,杨树和自然芦苇比较接近。 从这
4 类生态系统的特点来看,都不存在土壤长期淹水,属
于土壤环境相对干旱的生态类型。 由图 3 可知,F2、F5
和 F7 三个因子变量对第 1 聚类组最重要,说明第 1 聚
类组的 4 个生态系统类型在土壤质地(粘粒含量)、供 P
能力、K库大小以及表层有机 C周转能力等 4 个方面比
较相似,均小于其他 3 个生态系统类型(图 1)。 水产养
殖和水田生态系统被聚为第 2 类,这两类都属于持续淹
水的生态系统类型,土壤长期处于厌氧环境,在土壤质地(土壤粉粒和粘粒含量)、K 库大小、供 P 能力以及表
层有机 C周转能力等相对较高(图 3)。 苔草生态系统被单独聚为一类,说明其土壤整体环境仍然有别于其它
生态系统,具有较强的砂粒、粘粒积累和 P、K 供应能力。 苔草是人类干扰最小的自然湿地类型,代表了处于
演替中的典型的洞庭湖湿地土壤环境。 从聚类轴聚类结果的排列来看,土壤淹水对土壤环境的聚类结果影响
最大,其次是人类干扰强度和方式。 旱地和人工芦苇干扰最大,被聚在分类轴的最顶端。 退田还湖后,虽然人
工芦苇系统在底层土壤 SOM的积累和对过氧化氢的解毒能力方面与旱地有显著差异(图 1),但其整体土壤
3673摇 13 期 摇 摇 摇 刘娜摇 等:洞庭湖湿地土壤环境及其对退田还湖方式的响应 摇
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Student′s t Student′s t Student′s t
主成
分得
分
Facto
r sco
res
-8 -6 -4 -2 -2 -6 -4 -2 0 2 40 2 4 60 2
F1F3F6F2F4F5F7
F2F5F7F1F4F6F3
F1F5F2F7F3F4F6第1聚类组 第2聚类组 第3聚类组
图 3 摇 各分类组因子变量的重要性分析
Fig. 3摇 Factor scores importance of the three cluster classes
环境仍然与旱地相似。 杨树和自然芦苇相对干扰较小,其聚类结果也较接近。 水田人为干扰虽然也较大,但
由于长期淹水,其土壤环境反而与水产养殖和苔草生态系统更接近。
3摇 讨论
泥沙淤积决定了最初的植被类型和演变模式,但植被类型也控制着泥沙淤积的速度和方向。 不同植物
“捕沙冶能力不同,植物冠层下径流流速减少可达 50% [19鄄21],芦苇,海三棱藨草的淤积速率分别是裸滩的 9. 3
和 7. 7 倍,具有明显的促淤效应[22]。 退田还湖在一定程度上有利于土壤物理结构的恢复,人工芦苇、水产养
殖和杨树等类型土壤的砂粒和粘粒含量明显高于旱地,在聚类轴的排序上也更接近于自然生态系统,特别是
水产养殖系统,显著优于杨树和芦苇生态系统。 可见在水文条件允许的地段,优先恢复为自然湖泊更有助于
土壤调蓄功能的恢复。 杨树生态系统虽然在土壤物理结构的恢复上不及水产养殖系统,但是其在整体土壤环
境的恢复上明显优于旱地和人工芦苇,而且种植杨树在当地具有明显的经济利益,因而在保障洞庭湖区防洪
安全的前提下,在较高洲滩种植杨树可能是协调经济发展与调蓄功能矛盾的有效方式。
区域小气候趋于暖干是湿地退化的主要自然因素,而人类活动(垦殖、疏排水、农业肥料和农药污染)则
加剧了湿地的退化。 在本研究中,旱地、人工芦苇和杨树生态系统土壤粘粒、TP、TK 和表层 SOM 的积累能力
明显低于苔草、水田和人工养殖生态系统。 SOM与土壤粘粒含量显著相关,土壤粘粒含量高,土壤 SOM 难分
解,同时高的粘粒含量影响土壤微生物 C、N、P的周转,有利于微生物量 C、N、P积累[11]。 而环境胁迫和人为
干扰会引起原生沼泽湿地氧化—还原条件的变化,促使土壤微生物增殖并激发土壤酶活性,改变湿地正常养
分循环过程。 外源营养元素的输入也会影响湿地养分循环过程。 非淹水条件下外源氮输入后土壤 CO2释放
速度明显增大,其枯落物和 SOM矿化分解速率加快。 淹水条件下,外源 N的输入会导致 CO2 排放降低,抑制
土壤 SOM的矿化[1]。 这也是本研究中旱地、杨树林地以及人工芦苇地土壤 N 的积累高于苔草和水产养殖生
态系统,而 SOM积累偏低的主要原因。
4摇 结论
(1)杨树、人工芦苇等退田还湖方式在一定程度上对湿地土壤环境有所改善,特别是对 SOM 积累,土壤
粘粒形成等过程的改善。 杨树林地对土壤环境的恢复效果优于人工芦苇地,但是其土壤环境与苔草等自然湿
地发育的土壤仍然有较大差异。
(2)恢复为自然水域后,水产养殖系统的土壤环境更接近于自然湿地系统,在 3 种退田还湖方式中恢复
效果最好。 水田由于长期淹水,而且具有一定的人为投入,其土壤环境也最接近于自然湿地系统,但是,水田
的输水排水完全由人为控制,其调蓄功能有别于自然湿地系统。
(3)土壤淹水对土壤环境的聚类结果影响最大,其次是人类干扰强度和方式。 氧化鄄还原条件和较小的人
类扰动使得苔草生态系统在土壤的砂粒、粘粒、表层 SOM的积累、TP 和 TK 的供应能力等方面与其他生态系
统有较大差别。
4673 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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6673 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 13 July,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Spatiotemporal variation of plant community aspections in the north-subtropical zone of eastern China
CHEN Xiaoqiu, QI Xiaoran, A Shan, et al (3559)
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Seasonal variations and environmental control impacts of evapotranspiration in a hilly plantation in the mountain areas of North
China HUANG Hui, MENG Ping, ZHANG Jinsong, et al (3569)…………………………………………………………………
Intra- and inter-specific variations in stem respiration for 14 temperate tree species in northeastern China
XU Fei,WANG Chuankuan, WANG Xingchang (3581)
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Assessment of the ecological health of wetlands in Honghe supported by RS and GIS techniques
WANG Yihan,ZHOU Demin,SUN Yonghua (3590)
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Phytoplankton community structure in Qinzhou Bay during flood season by analysis of HPLC photosynthetic pigment signatures
LAN Wenlu, WANG Xiaohui, LI Mingmin (3601)
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Irreplaceability-based function zoning of nature reserves in the Three Rivers Headwater Region of Qinghai Province
QU Yi, WANG Xiulei, LUAN Xiaofeng, et al (3609)
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Effects of snowmelt timing on individual growth and reproduction of Pedicularis davidii var. pentodon on the eastern Tibetan
Plateau CHEN Wennian, WU Yan, WU Ning, et al (3621)………………………………………………………………………
Response of foliar δ13C of Quercus spinosa to altitudinal gradients FENG Qiuhong, CHENG Ruimei, SHI Zuomin, et al (3629)……
Soil water and nutrient characteristics of alfalfa grasslands at semi-arid and semi-arid prone to drought areas in southern Ningxia
REN Jingjing, LI Jun, WANG Xuechun, et al (3638)
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Aboveground biomass of natural Castanopsis fissa community at the Xiaokeng of NanLing Mountain, Southern China
LI Gen, ZHOU Guangyi, WANG Xu, et al (3650)
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Impacts of grazing on herbage quality of the alpine and subalpine meadows within Wutai Mountain
ZHANG Yiping, JIANG Yuan, LIU Quanru, et al (3659)
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Short-term effects of warming on growth and stoichiometrical characteristics of Abies fabiri (Mast. ) Craib seedling in Gongga
mountain YANG Liudong, YANG Yan, WANG Genxu, et al (3668)……………………………………………………………
Manganese stress on morphological structures of leaf and ultrastructures of chloroplast of a manganese hyperaccumulator,
Phytolacca americana LIANG Wenbin, XUE Shengguo, SHEN Jihong, et al (3677)……………………………………………
Allelopathicpotential of volatile oil from Chenopodium ambrosioides L. on root tip cells of Vicia faba
HU Wanjun, MA Danwei, WANG Yanan, et al (3684)
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Contents and cycling of microelements in Karst urban poplar plantations WANG Xinkai,TIAN Dalun,YAN Wende, et al (3691)……
Fungal flora and population structure of polypores in the Great Xingan Mountains CUI Baokai,YU Changjun (3700)…………………
Growth competition characteristics of Microcystis aeruginosa Kutz and Scenedesmus obliquus (Turp. ) Kutz under non-steady-state
nutrient limitation ZHAO Xiaodong, PAN Jiang, LI Jinye, et al (3710)…………………………………………………………
The characters of salt-tolerance at different growth stages in cotton WANG Junjuan, WANG Delong, FAN Weili, et al (3720)……
Assessment of tributyltin ecotoxicity using a model animal nematode Caenorhabditis elegans
WANG Yun, YANG Yanan, JIAN Fenglei, et al (3728)
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Effectof oil exploitation on soil nematode communities in Daqing Oilfield
XIAO Nengwen, XIE Deyan, WANG Xuexia, et al (3736)
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Effect ofhabitat degradation on soil meso- and microfaunal communities in the Zoigê Alpine Meadow, Qinghai-Tibetan Plateau
WU Pengfei, YANG Daxing (3745)
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Characteristics of the soil environment of Dongting Lake wetlands and its response to the converting farmland to lake project
LIU Na, WANG Kelin, XIE Yonghong, et al (3758)
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Modeling the changes of yield and deep soil water in apple orchards in Weibei rainfed highland
ZHANG Shehong, LI Jun, WANG Xuechun, et al (3767)
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Potential soil N2O emissions and its controlling factors under different land use patterns on hilly-gully loess plateau
QI Jinhua, HUANG Yimei, ZHANG Hong, et al (3778)
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Comparison between physiological properties and cold tolerance under low temperature treatment during different growing stages
of rice in northeast
central region of China SONG Guangshu, SUN Zhongfu, SUN Lei, et al (3788)………………………………………………………
Effect of sulfur on chlorophyll fluorescence of flue-cured tobacco at maturation stage
ZHU Yinghua,TU Naimei, XIAO Hanqian, et al (3796)
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Effects of high temperature and strong light on chlorophyll fluorescence, the D1 protein, and Deg1 protease in Satsuma mandarin,
and the protective role of salicylic acid QIU Cuihua, JI Weiwei, GUO Yanping (3802)…………………………………………
Effect of plastic film mulching on the distribution and translocation of nitrogen in soil-lettuce system
LI Lili, LI Feili, LIU Qiuya, et al (3811)
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An analysis on spatio-temporal dynamics of suitable habitats for waterbirds based on spatial zonation at Chongming Dongtan,
Shanghai FAN Xuezhong, ZHANG Liquan, YUAN Lin, et al (3820)……………………………………………………………
The bryophyte consumed by reindeers and species diversity of bryophyte in reindeer habitats FENG Chao, BAI Xueliang (3830)……
Evaluation of rainwater runoff storage by urban green spaces in Beijing ZHANG Biao, XIE Gaodi, XUE Kang, et al (3839)………
Review and Monograph
Advances in methane-cycling microbial communities of permafrost and their response to global change
NI Yongqing,SHI Xuewei, ZHENG Xiaoji, et al (3846)
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Heat transfer property of mammal pelage and its influencing factors ZHENG Lei, ZHANG Wei, HUA Yan (3856)…………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊★
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
　 ★《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1． 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
　 　 编辑部主任　 孔红梅　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 执行编辑　 刘天星　 段　 靖
生　 态　 学　 报
(SHENGTAI　 XUEBAO)
(半月刊　 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷　 第 13 期　 (2011 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
　
(Semimonthly,Started in 1981)
　
Vol． 31　 No． 13　 2011
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