黄河三角洲贝壳堤土壤水-盐-肥时空分异特征研究

摘要

随着全球气候的变化，海平面上升、海水入侵、海岸带侵蚀很大程度上影响了土壤水文和土壤肥力条件，海岸带生态系统的水盐肥空间分布格局制约着植被的分布。黄河三角洲贝壳堤是世界三大古贝壳堤之一，而且是世界上最完整的、唯一新老并存的贝壳堤。开展黄河三角洲贝壳堤水分、盐分和养分的时空分异特征和影响因素的研究势在必行。针对贝壳堤湿地生态系统因人为或自然而引起的土壤、水文、养分变化，以海岸带4种不同生境的土壤为研究对象，利用稳定同位素技术与野外定位观测、室内测试分析等传统方法相结合，分析了不同生境中土壤含水量、氢氧稳定同位素、土壤盐分、养分等指标的空间分布特征，探讨不同生境下水分、盐分和养分时空分异特征，对揭示贝壳堤海岸带植物群落和功能的机理具有着重要的科学意义，对退化海岸带植被的保护和恢复有重要的理论指导意义。主要研究结论如下： 1. 土壤含水量随着土壤深度增加而升高，受降雨、海水、土壤质地、植被覆盖率等因素的影响。与滩涂裸地相比，向海侧和滩脊处表层土壤水δD值和δ18O值对雨水的响应比较敏感，表现出表层土壤水δD值和δ18O值较小，表层以下土壤水δD值和δ18O值较大的趋势，说明向海侧和滩脊处土壤水很大程度上只能靠雨水来补给，60 cm以下土壤水还受到海水横向运移和地下水的补给。积水补给了向陆侧的表层土壤水，使得氢、氧同位素在积水和土壤水之间发生了运移。 2. 黄河三角洲贝壳堤的土壤 pH 值在 7.32～8.50 范围内，呈偏碱性；土壤盐分在0.76～13.57g/kg范围之内，其中从近海侧向向陆侧水平方向上，土壤含盐量表现出先降低后升高的趋势。从土壤质地来看，滨海盐土的土壤含盐量要远远大于贝壳沙土的含盐量。土壤含盐量有明显的季节性，雨季含盐量有向下运移趋势，没有雨季干扰时，由于表聚性，土壤含盐量随着毛管现象有向上运移的趋势，这种作用在滨海盐土区最为明显，贝壳沙生境中的破碎贝壳可以破坏毛管现象，从而阻止盐分向地表运移。土壤阴阳离子中，Ca2+、Cl-含量较高。土壤含盐量和Na+、Mg2+、Cl-、SO42-呈现极显著正相关关系，和 K+呈现显著正相关关系，但与 Ca2+相关性不显著，说明贝壳堤不同生境中，土壤含盐量主要以钠盐、镁盐、钾盐、氯盐、硫酸盐为主。研究区内，土壤含盐量和pH值呈现显著负相关关系。 3.黄河三角洲贝壳堤土壤全氮、全磷和全钾含量分别在0.08～1.08 g/kg、0.16～0.49 g/kg、1.50～13.41 g/kg之间。与滩涂（裸地）相比，向海侧、滩脊和向陆侧的土壤全氮、全磷、全钾均有一定的垂直分布特征，有向下运移的趋势，即表层（0-20 cm）大于亚表层（20-60 cm）。土壤全氮和全磷含量具有季节性变化，即生长季初期（5月）开始降低，生长旺季（7 月）含量最低，生长季末期（9 月）又开始升高；随着季节的更替，表层土壤全钾含量变化幅度远远大于亚表层土壤全钾含量。凋落物分解和土壤风化是贝壳堤土壤养分的主要来源。 4. 不同生境中土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤微生物生物量氮（MBN）、土壤微生物生物量磷（MBP）均值表现为滩脊>向陆侧>滩涂>向海侧，且表现出明显的垂直分布特征：0-5cm > 5-10cm > 10-20cm > 20-40cm > 40-60cm。土壤MBC、MBN、MBP占土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）百分比变化范围分别为1.09%～3.48%、2.62%～7.27%、0.78%～2.86%，滩脊、向陆侧和滩涂处MBC/SOC无显著差异，但显著高于向海侧MBC/SOC。土壤MBN/TN、MBP/TP的变化趋势为滩脊和向陆侧>向海侧和滩涂。滩脊和向陆侧土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为土壤含水量、pH 值、含盐量和粒度；向海侧和滩涂区域土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为含水量和pH值。滩脊、向陆侧和滩涂土壤微生物生物量碳、氮、磷及土壤养分间的相关显著或者极其显著，表明土壤微生物生物量碳、氮、磷可以作为判断黄河三角洲贝壳堤土壤肥力状况的生物学指标。

目录

声明

符 号 说 明

1 引言

1.1 研究背景

1.2 黄河三角洲贝壳堤研究进展

1.3 水分的研究现状

1.4 盐分空间分布特征研究

1.5 土壤养分研究概况

1.6 植物与土壤水分、盐分和养分的关系

1.7 研究中存在的问题

1.8 研究目的及意义

2 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 研究方法

3 结果与分析

3.1 黄河三角洲贝壳堤水分空间分异特征

3.2 黄河三角洲贝壳堤土壤盐分分异特征

3.3 黄河三角洲贝壳堤养分分布特征

4 讨论

4.1 不同生境土壤水盐时空分异特征及影响因素

4.2 不同生境下土壤养分空间分异特征及影响因素

4.3 不同生境对土壤微生物量含量和空间分布的影响

4.4 植被分布与土壤盐分和养分的关系

4.5 研究展望与启示

5 结论

参考文献

致谢

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附录