全 文 ：第 17 卷
第 2 期

Vol. 17
No . 2
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2009 年
3 月

Mar .

2009
毛乌素沙区土壤养分对湿地退化的响应
王
莹1 , 郑纪勇2* , 张兴昌1, 2, 张应龙3
( 1. 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西 杨凌
712100; 2. 西北农林科技大学水土保持
研究所, 陕西 杨凌
712100; 3.神木县生态协会, 陕西 神木
719300)
摘要 :采用湿地生态理论中空间替代时间的研究方法, 以毛乌素沙区退化湿地为研究对象, 选择距退化湿地水面不
同距离,具有不同地下水位埋深的研究区域代表湿地不同退化阶段, 通过分析 5 个不同阶段退化湿地土壤的有机
质、全氮、全磷随水平距离的变化特征,研究了土壤养分对湿地退化不同退化程度的响应特征。结果表明, 不同退
化阶段土壤有机质与全氮剖面均具有一个明显的富集层, 既湿地退化前的泥炭沉积层。该沉积层在剖面中所处深
度随退化程度的加剧而逐渐增加,且沉积层以上深度的有机质和全氮含量趋于一致。土壤中全磷含量在剖面波动
较大,分布特征无明显规律, 不同水平距离全磷平均含量无明显变化规律说明湿地退化对全磷含量无明显影响。
以上研究结果表明,由于流动沙丘入侵是导致毛乌素沙地湿地退化的首要原因, 湿地退化导致土壤有机质和全氮
富集层深度逐渐下移,平均含量逐渐下降, 而对全磷影响不大。
关键词:毛乌素沙区; 退化湿地;土壤养分; 响应
中图分类号: S151. 93




文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2009) 02
0250
05
Response of Soil Nutrients to Wetland Degradation in Mu Us Sandy Land
WANG Ying1 , ZHENG Ji
yong2* , ZHANG Xing
chang1, 2 , ZHANG Ying
long3
( 1. College of Resour ces and Environment , Northw est A& F U nivers ity, Yan gling, Shaanx i Province 712100, Chin a;
2. Inst itute of Soil and Water C on servat ion, Northw est A& F U niver sity, Yangling, Shaan xi Province 712100, Ch ina;
3. Ecological Ass ociat ion of Sh enmu County, Shenmu, Sh aanxi Provin ce 719300, C hina )
Abstract: The dist ribut ion characteristics of the soil org anic mat ter, to tal nit rog en, and total pho sphor us
contents at 5 soil pr ofiles w ith the dif ferent distances f rom the w ater surface, and the dif ferent groundw a

ter lev el, w ere studied by the method of the space for t ime subst itut ion in the deg raded w et land of M u Us
Sandy land. The results show that the so il or ganic mat ter and total nit rog en had one enrichment layer, i.
e. peat set t led layers befor e the wet land degr aded and the depth o f the peat lay er gradually incr eased along
w ith the agg ravat ion of w et land deg radation degree. The content of soil organic mat ter and total nit rogen
above the enrichment lay er tend to be ident ical. T he so il phosphorus had a larger f luctuat ion cro ss the pro

f ile and the dist ribution characterist ic had no significant cor relat ion w ith the w et land deg radation. Al l these
results show that the invasion of mobile dune could be the first cause of w et land degradat ion.
Key words: Mu U s sandy land; Deg raded w et land; Soil nutrients; Response


湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统, 具
有季节或常年积水、生长或栖息喜湿动植物和土壤
发生潜育化三个基本特征。湿地因具有巨大的环境
功能和环境效益,被誉为
地球之肾
,是自然界最富
生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之
一,尤其是在抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污
染等方面具有其它系统不能替代的作用, 因而湿地
与森林、海洋并列为全球三大生态系统 [ 1]。作为一
种重要的自然资源,湿地能够调控区域内的水分循
环和 C、N等元素的生物地球化学循环过程。由于
湿地土壤有机碳是气候变化的敏感指示物,可用来
指示对气候变化的响应, 而氮素是湿地营养水平指
示物,因此湿地生态系统营养元素物质循环研究已
经成为现代湿地生态学研究的热点[ 2]。


毛乌素沙区是中国四大沙地之一,总面积 3. 98
万 km2。该区地下水资源丰富,埋藏较浅, 内部多湿
地分布(如海子等) ,且地下煤炭蕴藏丰富。近年来,
由于全球变化、地下矿产资源开发、风蚀沙埋等原因,
收稿日期: 2008
09
07;修稿日期: 2008
11
11
基金项目:西部之光项目( 2006YB04) ;国家科技支撑计划( 2006BAD09B06)
作者简介:王莹( 1984
) ,女,陕西彬县人,硕士研究生,研究方向为生态系统物质迁移与转化, E
mail: aileenw angyin g@gm ail . com; * 通讯
作者 Author for correspondence, E
mail: zhjy@ ms . isw c. ac. cn
第 2期 王莹等:毛乌素沙区土壤养分对湿地退化的响应
该区大量海子和滩地消失。据陕西榆林市环境监测
站调查研究,自 20世纪 70年代,截至 2005年,榆林
市内毛乌素沙漠的自然湖泊由原有的 869个锐减到
80几个 [ 3] ,对该区域生态环境造成了重要影响。
位于干旱半干旱地区的沙漠湿地在维持沙漠生
态系统平衡及生物多样性方面具有重要作用, 不仅
是沙漠生物的
生命岛
、
基因库
,也是防治风蚀和
沙丘流动的前沿阵地。当前对湿地形成、发育、演
化、古环境、生态与界面过程、温室气体和全球变化
关系的研究主要集中于沿海、湿润、高寒地区及人工
湿地,而针对湿地在沙漠生态系统中的功能、定位、
界面物质过程、全球气候变化响应以及退化机制等
系统研究较少。因此, 在毛乌素沙区湿地严重退化
的情况下,研究不同退化阶段土壤养分剖面分布特
征,揭示土壤养分对该地区湿地退化的响应过程, 阐
明湿地退化对生态环境的影响, 具有积极的科学意
义和一定的生产实践指导作用。由于毛乌素沙区湿
地退化的主要原因是沙埋,而非地下水位的降低, 沙
埋越严重的区域, 地下水位越低, 湿地退化越严重。
所以,本研究用地下水位高低代表湿地退化阶段, 运
用空间替代时间的研究方法, 采集分析距湿地水面
不同距离土壤养分剖面分布特征,初步研究湿地退
化过程中土壤主要养分的响应特征。
1
材料与方法
1. 1
研究区域概况
吧吓采当海子( 38
54
N , 109
47
E)位于毛乌
素沙地东缘,海拔 1286 m, 是毛乌素沙地一级黄河
支流秃尾河的水源涵养区,面积约为500 km2。区内
沙丘起伏连绵, 湖沼星罗棋布, 植被稀疏。20 世纪
70年代,该海子面积约为 30 hm 2 , 近 30 年来, 逐渐
萎缩,现面积约为 20 hm 2。水生植物主要为芦苇
( Phr agmites communis T rin. )、蒲草 ( Typ ha an

gusti f ol ia L. )、水芹( Oenanthe j avanica ( Blume)
DC. )等。该区年均气温 7. 8
, 年均降水量约 400
mm, 年均蒸发量 2092 mm。
1. 2
样品采集
2007年 10月,采用空间替代时间方法, 在距样
地吧吓采当海子水面不同距离处, 利用土钻以 10
cm 为间隔的土壤剖面采集样品, 采样深度至地下
水。各采样点距水面距离、植被情况、取样层数及地
下水位深度见表 1。各采样点采用三角法取样, 样
品采集后充分混合, 并立即风干。然后在实验室内
进行研磨过筛( 1 mm) , 混匀装瓶备用。
1. 3
样品分析
样品有机质测定用重铬酸钾容量法[ 4, 5] , 全氮
的测定用半微量开氏法[ 4~ 6] , 全磷的测定用钼锑抗
比色法[ 4, 5] 。
表 1
采样点基本情况
Table 1
Basic condition o f sampling points
样点号
No. o f
sampling point
距水面距离( m)
Dist ance from
water surface
主要植被
Vegetat ion
取样层数
L ayer
number
地下水位埋深( cm)
Groundwa ter
depth
1# 1 蒲草
T. angustif olia
4 40
2# 8 蒲草
T. angustif olia
7 70
3# 15 蒲草
T. angustif olia
12 120
4# 22 沙打旺+ 蒲草
A stragal us adsurgen
Pall. + T . angustif oli a
14 140
5# 29 沙打旺
A . adsurgens
20 200
2
结果与分析
2. 1
土壤剖面有机质分布特征
各采样点从表层到地下水位整个土壤有机质剖
面分布具有共同特征, 既随着深度增加,有机质含量
先增加后降低,均具有一个明显的有机质富集层(图
1)。由于各采样点退化程度不同, 有机质富集层的
深度随退化程度加剧而增加,各采样点有机质富集
层的位置分别为: 0~ 30 cm、10~ 20 cm、40~ 60 cm、
100~ 110 cm 和160~ 170 cm。总体上,有机质富集
层的有机质含量范围为 4. 0~ 17. 6 g/ kg, 而非有机
质富集层的有机质含量为 0. 27~ 4. 0 g / kg, 且绝大
部分含量低于 2. 0 g/ kg; 并且,土壤有机质除富集
层外,其他层次的有机质含量基本变化不大。不同
退化程度各样点的平均有机质含量分析表明: 1号
样地有机质平均含量最大, 5号最小,说明随退化程
度的加剧,有机质平均含量具有逐渐降低趋势。
2. 2
土壤剖面全氮分布特征
五个采样点的土壤全氮含量分布范围分别为
0. 074~ 0. 176、0. 021~ 0. 335、0. 049~ 0. 129、0. 063
~ 0. 272、0. 029~ 0. 467 g / kg, 差异较大(图 2) , 但
各样点土壤全氮的变化规律与有机质的变化规律基
本相同,均具有一个明显的 N 素富集层, 且富集层
的深度亦随退化程度的增加而增加。尽管各样点全
251
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报 第 17卷
图 1
不同退化程度湿地土壤有机质剖面分布特征
F ig. 1
Vert ical distr ibution of soil or ganic matter in deg raded w etlands
氮最大含量不尽一致,但随退化程度的加剧, 全氮平
均含量具有逐渐降低的趋势。5个采样点表层土壤
的全氮含量也具有逐渐降低的趋势,并随着湿地退
化程度而加深, 但一定退化程度上层土壤的全氮含
量基本稳定,如 4号采样点 0~ 80 cm 土壤全氮平均
含量为0. 05 g/ kg 左右, 5号采样点0~ 150 cm 则为
0. 04 g/ kg左右。
2. 3
土壤剖面全磷分布特征
经分析, 1~ 5号采样点土壤全磷含量最大值出
现在 4号采样点,最小值出现在 3号采样点, 而最大
平均值出现在 2号采样点, 说明湿地的退化对全磷
含量影响不大, 无明显规律。


从各采样点全磷剖面分布特征(图 3)可以看
出,各采样点土壤磷含量波动较大, 除 1 号样地外,
均出现了多个峰值,与有机质和全氮的分布特征不
同,进一步说明该区湿地退化对全磷含量影响不大。
3
讨论
3. 1
土壤剖面有机质分布特征对湿地退化的响应
土壤有机质含量变化决定于有机物的输入和输
出量的相对大小 [ 7, 8]。天然土壤有机物质的输入量
主要依赖于有机残体归还量及有机残体的腐殖化系
数,有机质输出量则主要包括分解和侵蚀损失, 易受
到各种生物和非生物条件的控制 [ 9, 10]。大量地表枯
落物也是表层土壤重要的碳源, 死根的腐解归还为
土壤提供了丰富的有机碳[ 11] ,湿地的特殊环境也为
有机质的保存提供了良好条件。因此, 本研究中的
各样点土壤剖面有机质分布才有了先增加后降低的
特征,并且各采样点均有一个有机质富集层。但本
研究中各采样点土壤有机质含量最大值均不在表
层,且因退化程度不同而变化,主要是因为毛乌素沙
区风蚀沙埋和沙漠入侵造成湿地退化。随与水面距
离增加,原湿地地表覆盖的沙层越厚,有机质富集层
则逐渐相对向下移动。入侵风沙的均质性, 也是 3、
4、5号采样点土壤有机质含量在达到最大值之前一
直保持较平稳的重要原因。退化程度较轻的 1、2号
采样点表层土壤有机质含量大于退化程度较重的
3、4、5号采样点,因为随着湿地退化,地下水位降低
直接影响地表植被覆盖率,从而使土壤有机物质输
入量降低。各采样点土壤有机质富集层即是该土壤
剖面泥炭层沉积处,与于君宝等的研究结果相符合[13]。
252
第 2期 王莹等:毛乌素沙区土壤养分对湿地退化的响应
图 2
不同退化程度湿地土壤全氮剖面分布特征
Fig. 2
Vertical distribution o f so il total nitro gen in deg raded w etlands
3. 2
土壤剖面全氮分布特征对湿地退化的响应
天然湿地的氮素输入量主要依赖植物残体的归
还量及生物固氮过程, 也有少部分来源于大气沉
降[ 14~ 16]。大气中的氮通过湿地土壤中固氮菌和蓝藻
的活动进入生物体[ 16] ,土壤氮的输出主要源自土壤
有机质分解。土壤有机质分解后大部分被植物吸收
利用,部分 NH 3 经硝化、反硝化或挥发,释放到大气
中[ 17, 18]。因此,植被有无、植被生物量大小以及植
被向土壤的返还量均直接决定其土壤中全氮含量。
随着湿地退化, 地下水埋深下降, 影响了植被的生
长,所以 5个采样点土壤全氮含量具有逐渐降低的
趋势。而该区湿地退化的主要原因是沙埋, 所以在
退化较严重的 4、5号采样点, 表层土壤的全氮含量
和有机质含量均能够保持一个较平稳的值。
3. 3
土壤剖面全磷的分布特征对湿地退化的响应
土壤中磷素主要来源于成土母质和动植物残体
归还, 其含量受土壤类型和气候条件的影响。磷通
常以正磷酸盐的形态存在于土壤中,相当部分以有
机质结合态存在 [ 18]。成土母质的磷素含量直接影
响土壤对磷的吸附能力以及成土母质全磷的含量,
也是形成磷素垂直分布特征的直接原因[ 19]。由于
该地区湿地退化的主要原因是沙埋, 所以土壤以风
沙土为主,而风沙土发育程度较低,吸附无机磷能力
低,所以造成退化湿地全磷含量剖面特征不明显,也
是该区湿地退化对全磷影响较小的主要原因。
4
结论
4. 1
由于风蚀沙埋与沙漠入侵是毛乌素沙区湿地
直保持较平稳的重要原因。退化程度较轻的 1、2号
程度湿地土壤的有机质、全氮垂直分布特征基本一
致,随深度先增加后降低, 均具有一个明显的富集
层。剖面有机质、全氮平均含量随退化程度的加剧
而降低。有机质、全氮含量富集层为湿地退化前的
泥炭沉积层,该沉积层随退化程度的加剧在土壤剖
面的深度逐渐下移, 而沉积层以上深度的有机质和
全氮含量趋于一致。
253
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图 3
不同退化程度湿地土壤全磷分布特征
Fig. 3
The ver tical distr ibut ion of so il to tal phospho rus in deg raded w etlands
4. 2
由于土壤全磷主要受母质影响,且毛乌素沙区
土壤发育程度较低, 有机质含量不高,土壤中全磷含
量在剖面分布中没有明显规律, 湿地退化程度对全
磷含量也无明显影响。
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(责任编辑
李
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