全 文 ：书封闭性和开放性沼泽湿地土壤
全磷的季节变化特征
肖蓉１，白军红１，高海峰１，邓伟２，崔保山１
（１．水环境模拟国家重点实验室 北京师范大学环境学院，北京１００８７５；２．中国科学院成都山地灾害与环境研究所，四川 成都６１００４１）
摘要：以吉林省通榆县付老文泡和二百方子湿地为对象，对比研究了封闭性和开放性湿地土壤全磷含量的季节变
化特征及其与土壤理化性状的关系。结果表明：付老文泡湿地０～１００ｃｍ深度的土壤全磷含量范围为４８．７７～
３７７．１９ｍｇ／ｋｇ，二百方子为４５．６５～５７４．１７ｍｇ／ｋｇ，随季节变化呈现先减后增的变化趋势，即１２月－次年５月土壤
全磷含量较高，５－７月逐渐下降，在７和８月出现最低值，９和１０月含量较低且变化不大，１０－１２月含量又逐渐回
升。土壤全磷主要分布在０～４０ｃｍ土层，深层含量较低且差异不大；２类湿地土壤全磷含量均未达到生态毒性效
应水平。植物地上部分全磷量与土壤全磷之间存在显著的正相关关系，付老文泡湿地植被生长受氮磷协同限制，
而二百方子湿地植被主要受氮含量限制。２类湿地土壤全磷与土壤全氮、有机质及粘粒显著正相关，与土壤Ｃ／Ｎ
无显著相关关系；但ｐＨ值仅与二百方子湿地土壤全磷显著负相关，与付老文泡湿地土壤全磷无显著相关关系。
关键词：封闭性湿地；开放性湿地；沼泽土；全磷；季节动态
中图分类号：Ｓ１５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１０）０３００８８０６
湿地作为地球表层的一个界面，是岩石圈、生物圈、水圈、大气圈和人类圈相互联系的重要纽带和多种运动形
态物质体系的交汇场所，承担着碳氮磷的源、汇或转化器的功能［１］。水是湿地景观格局形成的主导因子，是湿地
植被类型及其特征形成的最根本原因，同时水文条件决定土壤环境特征，不同淹水条件显著影响着湿地土壤中
营养元素的迁移转化过程以及湿地植物的生长和演替，形成了湿地土壤营养元素的层状或带状富集特征和地表
植被的带状或环带状分布特征［２，３］。已有研究表明湿地土壤中同一营养元素在不同水文条件下的分布特征具有
显著差异［３５］。磷是湿地植物生长的主要营养元素之一，其在土壤中的含量能够直接影响到湿地生态系统的初级
生产力［１］。水文条件作为湿地系统生物地球化学过程的关键制约因子，它不仅直接影响着磷在湿地中的输入、输
出，还能够间接影响磷在湿地土壤中的存在形态、土壤生物之间磷的交换等过程，同时湿地土壤磷也通过改变其
在水体中的含量反作用于水体［１］，因此研究不同水文条件作用下湿地土壤磷素的分布规律对于探索水文条件对
湿地磷素迁移转化过程的影响机制具有重要意义。国内外以往研究主要集中在湿地土壤／沉积物对磷的固定或
释放［６，７］、磷在水体－土壤／沉积物中的迁移转化过程［１，６］以及磷对湿地水体富营养化的贡献等方面，且这些研究
更多集中在淡水湖沼湿地［８］以及河口湿地［９，１０］等单一湿地类型上，如白军红等［３，４］对比研究了不同芦苇（犘犺狉犪犵
犿犻狋犲狊犮狅犿犿狌狀犻狊）湿地开放／封闭性水文条件对土壤全氮、铵态氮的季节动态变化的影响；田娟等［５］研究了变化的
淹水条件对土壤磷素释放影响；高文星等［１１］探讨了盐渍土不同种植年限苜蓿（犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪）根际磷含量变异
特征，都发现土壤磷对不同水分和植被条件有明显的分布响应。然而针对具有不同水文特征的开放性和封闭性
湿地土壤磷素时空分布特征的研究还鲜有报道［１２］。
松嫩平原西部是我国内陆盐沼湿地的集中分布区，是候鸟迁飞的重要驿站，但该区生态脆弱性强，盐碱化和
沙化严重，导致湿地生产力不断下降，生物多样性减少，呈严重退化的趋势。而湿地土壤养分含量决定土壤肥力
的重要因素，其动态变化显著影响着湿地生态系统的生产力。本试验对比研究了该区开放性和封闭性沼泽湿地
土壤全磷含量的季节动态变化特征，目的在于阐明不同水文条件作用下湿地土壤全磷时空分布规律，为该区的湿
８８－９３
２０１０年６月
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
第１９卷 第３期
Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．３
收稿日期：２００９０６０８；改回日期：２００９０７１４
基金项目：国家自然科学基金项目（４０７０１００３）和国家重点基础研究计划项目（２００６ＣＢ４０３３０１）资助。
作者简介：肖蓉（１９８５），女，湖南常德人，在读硕士。Ｅｍａｉｌ：ｌａｏｒｏｎｇ２０＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｊｕｎｈｏｎｇｂａｉ＠１６３．ｃｏｍ
地土壤质量演变和湿地生态系统保护与管理提供科学依据。
１ 材料与方法
１．１ 研究区概况
向海湿地位于吉林省通榆县西部的向海自然保护区内，湿地面积３６１００ｈｍ２，为国际重要湿地。该区年平均
气温５．１℃；年平均蒸发量１９４５ｍｍ，年降水量４００ｍｍ；区内的霍林河为季节性河流。付老文泡湿地处于霍林
河的回水区，因受河流季节洪泛作用的影响显著呈季节性淹水模式，属于封闭性湿地（ｃｌｏｓｅｄｗｅｔｌａｎｄ）；而二百
方子湿地处于霍林河主河道上，与上游湿地的水文联系密切，属于开放性湿地（ｏｐｅｎｗｅｔｌａｎｄ）。由于气候持续干
旱，霍林河下游断流，导致采样期内２种类型湿地基本上处于无淹水状态，但二百方子湿地土壤处于过湿状态，而
付老文泡湿地土壤处于较干旱状态。二百方子湿地土壤ｐＨ值低于付老文泡湿地，但土壤有机质含量则高于付
老文泡湿地（表１）。研究区土壤类型为沼泽土，植被以芦苇群落为主，供试土壤基本性质见表１。
表１ 供试土壤的基本性质
犜犪犫犾犲１ 犘犺狔狊犻狅犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾犻狀犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋
层次Ｌａｙｅｒ
全氮ＴＮ（ｍｇ／ｋｇ）
付Ｆ 二Ｅ
有机质ＳＯＭ （％）
付Ｆ 二Ｅ
ｐＨ值ｐＨｖａｌｕｅ
付Ｆ 二Ｅ
粘粒含量Ｃｌａｙ（％）
付Ｆ 二Ｅ
碳氮比Ｃ／Ｎ
付Ｆ 二Ｅ
０～２０ｃｍ １８０５．９１ １４９８．１７ ２．７４ ２．９０ ９．４５ ８．５２ ９．３３ １６．７４ ９．５３ １０．５７
２０～４０ｃｍ ４５７．８５ ６６４．４８ ０．６４ ０．８４ ９．６９ ８．６８ ２．８９ １．８９ ９．０７ ７．８２
４０～１００ｃｍ ３８２．６０ ５３５．３４ ０．４２ ０．７９ ９．６９ ８．７８ １．８１ ３．９７ ９．８２ ８．５７
注：表格中付老文泡和二百方子湿地分别简称“付”和“二”。
Ｎｏｔｅ：‘Ｆ’ａｎｄ‘Ｅ’ｓｔａｎｄｆｏｒＦｕｌａｏｗｅｎｐａｏａｎｄＥｒｂａｉｆａｎｇｚｉｗｅｔｌａｎｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
１．２ 样品采集和测定分析
在２类湿地内各随机选取３个样方，于２０００年１２月和２００１年５，７，８，９，１０月共６次采集深度为０～１００ｃｍ
土壤剖面样品，按０～１０，１０～２０，２０～４０，４０～６０，６０～８０，８０～１００ｃｍ 分６个层次进行采集，每次采样均将每个
湿地３个样方内的土壤样品进行等层次均匀混合，最后６次采样得到供试土壤样品总计７２个。为了分析土壤全
磷和其上植物地上部分全磷含量的关系，于２００１年８月在研究区域内随机选取１０个１ｍ×１ｍ样方（２类湿地
各５个），分别采集芦苇地上部分样品和０～２０ｃｍ土壤样品。所采集的土壤样品带回实验室后自然风干，捡去石
块、残根等杂物，混匀后分为两部分，一部分用于测定土壤粒度；另一部分用球磨机磨碎，过０．１５４ｍｍ筛，装袋备
用待测。采集的芦苇地上部分样品，在８０℃条件下烘干、粉碎，过０．２５ｍｍ筛装袋备测。
土壤和植物全磷（ＴＰ）采用钼锑抗比色法测定；土壤和植物全氮（ＴＮ）采用半微量凯氏法测定；土壤有机质
（ＳＯＭ）采用稀释热法测定［１３］；土壤ｐＨ值使用ｐＨ计测定；土壤粒度使用日本岛津公司的粒度分布仪测定；运用
Ｓｕｆｆｅｒ８．０和Ｅｘｃｅｌ２００３软件包对测试数据进行统计分析及绘图。
２ 结果与分析
２．１ ２类湿地土壤全磷含量的时空分布特征
在空间尺度上，２类湿地土壤全磷主要集中在０～４０ｃｍ土层，且空间变异性较大，而４０ｃｍ以下土层含量变
异性较小（图１）。生长期内付老文泡湿地土壤全磷含量总体上均呈自表层向下逐渐减少的趋势，全磷最高值均
出现在０～１０ｃｍ土层；而二百方子湿地土壤全磷则基本呈先增加后减少的变化趋势，最高值出现在１０～２０或
２０～４０ｃｍ土层。
在时间尺度上，２类湿地剖面中土壤全磷含量随植物的生长节律呈有规律的季节动态变化趋势。在植物休
眠期（１２月－次年５月）土壤全磷含量较高，植物萌发至生长旺盛期（５－８月）由于植物大量吸收磷素导致土壤全
磷含量逐渐下降，在８月达到最低值；而９月土壤全磷含量开始出现回升，但９和１０月变化不大。这表明土壤全
磷含量在整个生长季内波动较大，在生长季初期和末期较高，生长旺盛期相对较低。与付老文泡湿地相比，二百
９８第１９卷第３期 草业学报２０１０年
方子湿地在１２月，即土壤全磷含量普遍较高时期具有较高的全磷浓度且随深度的变异性较大；在土壤全磷含量
普遍较低的８月全磷浓度更低且随深度的变异性仍然很大（图１），说明开放性湿地土壤全磷比封闭型湿地土壤
全磷具有更高的时空变异性。
图１ ２类湿地土壤剖面全磷的季节变化
犉犻犵．１ 犛犲犪狊狅狀犪犾狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳狋狅狋犪犾狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀犉狌犾犪狅狑犲狀狆犪狅犪狀犱犈狉犫犪犻犳犪狀犵狕犻狑犲狋犾犪狀犱狊
２．２ ２类湿地土壤全磷与植物全磷的关系
图２ ２类湿地土壤全磷与植物全磷的关系
犉犻犵．２ 犚犲犾犪狋犻狅狀犫犲狋狑犲犲狀狊狅犻犾狋狅狋犪犾犘犪狀犱
狆犾犪狀狋狋狅狋犪犾犘犻狀狋犺犲狋狑狅狑犲狋犾犪狀犱狊
于２００１年８月在研究区域内随机选取１０个样方
（２类湿地各５个），对其０～２０ｃｍ表土层土壤全磷和
其上植物地上部分全磷进行线性回归分析，结果表明
植物地上部分全磷含量与土壤全磷含量之间存在明显
相关性，决定系数犚２ 为０．７８３６，达显著水平（图２）。
这表明植物体内营养元素含量与土壤营养元素含量紧
密相关，植物体内营养元素的相对含量在一定程度上
能反应土壤营养状况。付老文泡湿地和二百方子湿地
植物地上部分平均 Ｎ∶Ｐ分别是８．５０和６．２３。除穗
外，付老文泡湿地芦苇地上部分氮磷比均高于二百方
子湿地（表２）。
２．３ 湿地土壤全磷含量与全氮、有机质、ｐＨ、土壤粘
粒、Ｃ／Ｎ间的相关关系
对２类湿地各３６个土壤样品全磷含量与全氮、有机质、土壤粘粒含量及ｐＨ值、Ｃ／Ｎ进行相关分析（表３）表
明土壤全磷与全氮、有机质、土壤粘粒含量在犘＜０．０１水平上存在显著正相关关系；全磷与土壤有机质相关系数
高达０．６５以上。二百方子湿地土壤全磷与ｐＨ值呈显著负相关，但付老文泡湿地土壤全磷与ｐＨ值之间的相关
关系未达到显著性水平。２类湿地土壤全磷与土壤Ｃ／Ｎ无显著相关关系。
３ 讨论
３．１ 封闭性和开放性沼泽湿地土壤全磷的时空动态变化
付老文泡和二百方子湿地土壤全磷主要分布在０～４０ｃｍ以上土层，这主要是由于植物根系主要分布该土层
内，根系对磷的吸收、累积以及死根的归还过程导致４０ｃｍ以上土层全磷含量较高［１４，１５］。同时，植物吸收和土壤
吸附、淋滤程度不同导致全磷含量的差异性较大。表层０～１０ｃｍ土壤磷含量最高可能是由于表面径流输入、凋
落物分解、湿沉降等因素导致全磷主要富集在土壤表层，尤其是霍林河煤矿开采导致近年来霍林河水氮磷含量升
０９ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１０） Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．３
至本底值的１０倍以上，导致下游湿地表层土壤氮磷
的富集［１６］。中下层土壤全磷含量较低且随深度变
化不大，表明中下层土壤受干扰较少，全磷含量主要
受成土母质影响。但二百方子湿地亚表层土壤中全
磷的累积则主要受可溶性磷的淋失密切相关。
２类典型湿地土壤全磷在植物生长期内均呈先
减少后增加的变化趋势。其原因在于根是营养元素
的供给器官，地上部分旺盛生长时，根或根茎需要从
土壤中吸收大量磷素，输送到地上部分供植物生长
需要，从而导致土壤中磷含量降低。到了生长季末
期，因气温下降，植物生长停滞，植物开始为越冬和
明年生长储存营养物质，地上部分营养向地下转移，
导致地下部分全磷含量增加，而凋落物分解归还也
提高了土壤表层土壤磷含量［１４］。二百方子湿地土
壤全磷含量普遍高于付老文泡湿地，是因为开放性
湿地能够接纳更多的霍林河输入的磷素，而封闭性
湿地只能通过干湿沉降和河流洪泛作用来补给，因
此其截留的磷素要远远少于开放性湿地［１７］。
表２ 湿地植物地上部分氮磷比
犜犪犫犾犲２ 犖∶犘狉犪狋犻狅狊狅犳犪犫狅狏犲犵狉狅狌狀犱
狅狉犵犪狀狊犻狀狋犺犲狋狑狅狑犲狋犾犪狀犱狊
湿地类型
Ｗｅｔｌａｎｄｔｙｐｅ
茎
Ｓｔｅｍ
叶
Ｌｅａｆ
叶鞘
Ｓｈｅａｔｈ
花序葶
Ｓｃａｐｅ
穗
Ｓｐｉｋｅ
平均
Ａｖｅｒａｇｅ
付老文泡Ｆｕｌａｏｗｅｎｐａｏ ８．５１ １４．８２ ９．２５ ５．０６ ４．８７ ８．５０
二百方子Ｅｒｂａｉｆａｎｇｚｉ ３．８２ ８．０８ ８．６４ ３．２３ ７．４０ ６．２３
表３ ２类湿地土壤全磷与全氮、有机质、犘犎值及
土壤粘粒之间的相关系数矩阵
犜犪犫犾犲３ 犕犪狋狉犻狓狅犳犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狊犫犲狋狑犲犲狀
狊狅犻犾犜犘，犜犖，犛犗犕，狆犎犪狀犱犮犾犪狔狆犲狉犮犲狀狋
湿地类型
Ｗｅｔｌａｎｄｔｙｐｅ
全氮
ＴＮ
有机质
ＳＯＭ
ｐＨ值
ｐＨｖａｌｕｅ
粘粒含量
Ｃｌａｙ
碳氮比
Ｃ／Ｎ
付老文泡Ｆｕｌａｏｗｅｎｐａｏ０．５８７ ０．６５９ －０．１２５ ０．７６６ ０．１６３
二百方子Ｅｒｂａｉｆａｎｇｚｉ ０．７５６ ０．７５１ －０．５４４０．５４８ ０．２８６
注：样品数狀＝３６；显著性水平犘＜０．０１，显著性水平犘＜０．０５．
Ｎｏｔｅ：Ｓａｍｐｌｅｓｉｚｅ狀＝３６；，Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｔ犘＜０．０５ａｎｄ犘＜０．０１，
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
３．２ 湿地土壤全磷含量的生态毒性评价
湿地土壤全磷含量对水生生态系统存在一个适宜范围，超出了一定的范围会对植物生长和水环境造成不良
影响。依据加拿大安大略省环境与能源部１９９３年发布的关于水体沉积物中化学元素生态毒性界定标准：６００和
２０００ｍｇ／ｋｇ为沉积物中全磷浓度的最低和最高生态毒性级别［１８］，本次测定结果显示，０～１００ｃｍ深度处２类湿
地土壤全磷含量范围分别为４５．６５～３７７．１９和４８．７７～５７４．１７ｍｇ／ｋｇ，均未达到毒性阈值，另外４０ｃｍ以下各层
平均值较低且变化不大。由于土壤全磷和ｐＨ是影响磷释放最主要的因子［１９］，雨季雨水冲刷和淋洗可能造成短
期表土层中磷素的大量释放，所以土壤表层全磷含量达５７４．１７ｍｇ／ｋｇ的二百方子湿地在雨季也可能会在一定
程度上对周边水体造成富营养化的威胁。
３．３ 磷对湿地植物生长的限制作用
陈国潮等［２０］的研究发现植物吸磷量与土壤全磷含量之间具有较好的相关性，本研究结果与此一致。植物
Ｎ／Ｐ作为衡量群落氮磷养分限制的一个定量指标常常被用于生态系统健康和稳定性的判断。付老文泡和二百
方子湿地芦苇地上部分的氮磷比为３～１５，叶片氮磷比分别为１４．８２和８．０８（表１），根据Ｋｏｅｒｓｅｌｍａｎ和 Ｍｅｕｌｅ
ｍａｎ［２１］１９９６年提出的氮磷限制判断标准，即植物叶片Ｎ／Ｐ＜１４为氮限制，Ｎ／Ｐ＞１６为磷限制，１４＜Ｎ／Ｐ＜１６为
氮磷协同限制，发现付老文泡湿地芦苇生长受氮磷协同限制，而二百方子主要受氮含量的限制。但２类湿地土壤
中全磷含量均低于Ｘｕ等［２２］２００７年提出的促进湿地植物多样化的最适土壤氮磷比９．５，说明向海湿地生态系统
物种多样性主要受氮元素限制，受磷限制的程度较轻。
３．４ 土壤全磷含量与ＳＯＭ、ＴＮ、ｐＨ、Ｃｌａｙ和Ｃ／Ｎ之间的相关性
已有大量研究证明湿地土壤全磷与全氮、有机质及土壤粘粒百分含量具有较好的正相关，与ｐＨ值有较好的
负相关关系［１０，１５，２３］。全磷是影响土壤氮矿化主要限制因子之一，土壤中高含量的全磷能促进氮矿化进程，为硝化
细菌和反硝化细菌提供氮源［２４，２５］，从而提高土壤全氮含量。Ｗｉｌｉａｍｓ和Ｂｕｔｔｌｅｒ［１９］认为高浓度的土壤全磷能抑
制植物对氮的吸收，同时全磷浓度的高低还影响植物生产和释放溶解性有机氮的能力。此外，磷在沉积物中的地
球化学性质显示出磷主要与粘土矿物（粉沙及粘性粉沙）有关［２６］，而有机质和粘粒矿物对磷都有一定的固定作用
则被认为是全磷与有机质、粘粒呈显著正相关的主要原因［２７］。土壤全磷含量和有机质之间存在显著的相关性，
１９第１９卷第３期 草业学报２０１０年
这可能是由于有机质可直接吸附磷，另一方面有机质可以通过促进微生物的代谢活动来间接影响磷的结合或释
放。全磷与ｐＨ值呈显著负相关，表明ｐＨ升高有利于土壤磷的释放，低ｐＨ 可以导致土壤对磷的吸附，这与尹
大强等［２８］在ｐＨ值对沉积物磷释放的研究中得到的结论一致。２类湿地的比较表明二百方子湿地各生源要素之
间的相关性比付老文泡湿地各生源要素之间的相关性要高，说明水文条件不仅影响到生源要素在土壤中的含量
分布，还在一定程度上影响各生源要素的相互关联程度，进一步证明了 Ｍｉｔｓｃｈ和Ｇｏｓｓｅｌｉｎｋ［１］提出的开放性湿地
（ｏｐｅｎｗｅｔｌａｎｄｓ）比封闭性湿地（ｃｌｏｓｅｄｗｅｔｌａｎｄｓ）物质交换更剧烈、营养元素关联程度更高的观点。值得提出的
是，２类湿地土壤全磷与土壤Ｃ／Ｎ之间的相关性未达到显著性水平，与Ｒｏｂｅｒｔ和 Ｗｉｌｉａｍ［２９］提出的Ｃ／Ｎ是土壤
全磷含量的支配因素结论相悖，这表明内陆沼泽湿地土壤Ｃ／Ｎ对土壤全磷含量及其分布的影响不同于人工湿
地。
４ 结论
１）开放性湿地和封闭性湿地土壤全磷含量总体上随深度增加而降低，０～４０ｃｍ的上部土层全磷含量较高，
但未达到生态毒性效应水平，深层土壤全磷含量较低且变异不大；全磷含量随植物生长节律变化均呈先减后增的
变化趋势。
２）与封闭性湿地相比，开放性湿地土壤全磷含量具有更高的时空变异性。开放性湿地土壤全磷的时空分布
受土壤总氮、有机质、ｐＨ值和土壤颗粒粒径的影响显著；而封闭性湿地受土壤总氮、有机质和土壤颗粒粒径的影
响比较显著，受土壤ｐＨ值影响并不大。２类湿地土壤碳氮比与土壤全磷含量的相关性均未达到显著性水平。
３）２类湿地土壤全磷含量与植被地上部分全磷含量呈线性相关，土壤全磷含量高低变化能够影响湿地的初
级生产力，但封闭性湿地植被生长受氮磷协同限制，而开放性湿地主要受氮含量限制。
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（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌ
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犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｌｏｓｅｄｗｅｔｌａｎｄ；ｏｐｅｎｗｅｔｌａｎｄ；ｍａｒｓｈｓｏｉｌ；ｔｏｔａｌｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；ｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ
３９第１９卷第３期 草业学报２０１０年