三江平原典型環(huán)型濕地土壤剖面有機(jī)碳分布特征

世界濕地總面積約6%，有機(jī)碳儲(chǔ)量為450萬噸，占生態(tài)地球表面碳儲(chǔ)量的20%30%。因其特殊的生物和水文條件,天然濕地具有較高的凈初級(jí)生產(chǎn)力和較低的分解活性,通常是一個(gè)重要的“碳匯”。但隨著人類活動(dòng)的加劇,天然濕地面積日益減少,成為大氣CO2的重要來源地。據(jù)估計(jì),在過去近200年內(nèi),全球泥炭濕地的碳儲(chǔ)量已減少了4.1Gt,其中60%是因人為開發(fā)導(dǎo)致濕地消失的結(jié)果。全球氣候變化也可能影響天然濕地的面積和分布,改變濕地生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境條件及碳循環(huán)過程和機(jī)理。因此,濕地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳儲(chǔ)量、分布及其變化動(dòng)態(tài)受到全球碳循環(huán)和氣候變化研究計(jì)劃的密切關(guān)注。我國濕地面積居世界第四位,約占國土面積6.5%。盡管我國對天然濕地的歷史成因、地理分布和氣候水文條件等方面開展了大量研究,但對濕地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳積累狀況還缺乏深入了解。本文研究了三江平原典型環(huán)型濕地土壤剖面有機(jī)碳分布特征與積累現(xiàn)狀。1材料和方法1.1江平原西部天然沼濕地研究區(qū)選在三江平原有代表性的別拉洪河與濃江河河間地帶(E133°31′,N47°35′),本區(qū)海拔55m~65m,屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫1.9℃,1月平均氣溫-21℃,7月平均氣溫22℃,年平均降雨量550~600mm,無霜期125天左右。區(qū)內(nèi)分布有大面積的天然沼澤濕地。由于微地貌的變化,天然沼澤濕地由中心到邊緣,地勢由低到高,水位面高度逐漸增大,從而也引起土壤和植物的變化,形成三江平原典型的環(huán)形濕地。這里的濕地植被類型主要有常年積水型毛果苔草(Carexlasiocapa)沼澤和季節(jié)性積水型小葉章(Doyeuxiaaugustifolia)濕地。1.2土壤類型和樣品采集選擇典型的環(huán)型沼澤濕地,隨著海拔高度的降低從環(huán)型沼澤濕地邊緣到中心,植被類型依次為島狀林(植物主要為蒙古櫟、山楊、小葉章,土壤根系密集層0~15cm)、小葉章草甸(植物以小葉章為主,土壤根系密集層0~20cm)和毛果苔草沼澤濕地(植物要為毛果苔草,伴生有甜茅和漂筏苔草土壤根系密集層0~40cm);土壤類型依次為棕壤型草甸白漿土、潛育白漿土和腐殖質(zhì)沼澤土及薄層泥炭沼澤土。由于研究區(qū)泥炭沼澤土分布很少,所以僅選取棕壤型草甸白漿土、潛育白漿土和腐殖質(zhì)沼澤土3種類型,各挖2個(gè)0~100cm深的剖面,按照0~10,10~20,20~30,30~40,40~60,60~80,80~100cm厚度分層采樣。采樣時(shí)間為2005年4月(冰凍期)。用手選法挑去活體根系,混勻。分取部分樣品風(fēng)干,過60目篩,保存待測。土壤容重用環(huán)刀法測定;有機(jī)碳含量用重鉻酸鉀外加熱法測定。1.3有機(jī)質(zhì)及碳儲(chǔ)量的計(jì)算土壤剖面沉積物為水、礦物和有機(jī)質(zhì)組成的混合固相(空氣體積可忽略)。其中冰態(tài)水的比重設(shè)為0.9,礦物的平均比重設(shè)為2.6。有機(jī)質(zhì)的比重由于分解程度不同存在較大差異,如耕作土壤腐殖酸比重為1.4~1.6,未分解植物殘?bào)w比重略小于1,有機(jī)質(zhì)的平均比重1.25~1.4。濕地土壤剖面有機(jī)質(zhì)主要組成是分解程度很低的輕組有機(jī)質(zhì),故其比重比未分解植物殘?bào)w略高,三江平原濕地有機(jī)質(zhì)的平均比重一般取1.0。土壤剖面第i層平均密度(ρi)計(jì)算見式(1):ρi=1(ww/ρw+wm/ρm+wo/ρo)×1/100(1)ρi=1(ww/ρw+wm/ρm+wo/ρo)×1/100(1)式中,ρw、ρm和ρo分別為水、礦物和有機(jī)質(zhì)的平均比重,即1.0、2.6和1.0,ww、wm和wo分別為i層的水分、礦物和有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量百分比(%)。土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量計(jì)算見式(2):SOCs=∑i=1n(ci×ρi×ti)×10?1(2)SΟCs=∑i=1n(ci×ρi×ti)×10-1(2)式中,SOCs為特定深度的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量(tm-2);Ci為第i層土壤有機(jī)碳含量(gkg-1);ρi為第i層土壤容重(gcm-3);ti為第i層土壤厚度(cm);n為土層數(shù)。2結(jié)果與討論2.1土壤容重ld50由圖1可見,島狀林和小葉章草甸剖面土壤容重差異不大,0~20cm容重較低在0.46~0.63gcm-3;20~30cm容重迅速增加到1.0gcm-3以上;40cm以下容重穩(wěn)定在1.5gcm-3。毛果苔草沼澤濕地由于常年積水,剖面沉積物處于水分過飽和狀態(tài),分解程度低,以輕組分為主,剖面土壤容重明顯低于島狀林和小葉章草甸,0~40cm容重在0.15~0.49gcm-3之間;40~60cm容重為0.82gcm-3,60~100cm增加到1.0gcm-3以上。2.2土壤有機(jī)碳含量表層土壤有機(jī)碳含量較高,向剖面下層含量迅速下降。小葉章草甸剖面土壤有機(jī)碳含量高于島狀林,但兩者差異不大;毛果苔草沼澤濕地明顯高于島狀林和小葉章草甸(圖2)。島狀林和小葉章草甸土壤有機(jī)碳含量最高值(分別為76.8和129.1gkg-1)出現(xiàn)在0~10cm,20cm以下迅速下降,穩(wěn)定在4~10gkg-1。毛果苔草沼澤濕地最大值(為284.1gkg-1)出現(xiàn)在10~20cm,20cm以下明顯下降,40~60cm下降到40.8gkg-1,60cm以下穩(wěn)定在10gkg-1左右。毛果苔草沼澤濕地根系密集層遠(yuǎn)遠(yuǎn)厚于島狀林和小葉章草甸,加上常年積水,剖面沉積物處于水分過飽和狀態(tài),分解程度低,以輕組分為主,所以土壤有機(jī)碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于島狀林和小葉章草甸。2.3林、私家車濕地有機(jī)碳儲(chǔ)量由圖3可見,從環(huán)型沼澤濕地邊緣向中心,土壤剖面有機(jī)碳儲(chǔ)量明顯增加。0~10cm島狀林、小葉章草甸和毛果苔草沼澤濕地有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為0.47、0.57和0.86×104tkm-2;10~20cm分別為0.28、0.39和0.95×104tkm-2;1m深度內(nèi)有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為1.04、1.48和4.22×104tkm-2。3沼澤化沼濕地天然碳儲(chǔ)量的研究從環(huán)型沼澤濕地邊緣向中心,土壤剖面有機(jī)碳含量和有機(jī)碳儲(chǔ)量變化明顯。小葉章草甸土壤剖面的有機(jī)碳含量高于島狀林,但兩者差異不大;毛果苔草沼澤濕地明顯高于島狀林和小葉章草甸。從環(huán)型沼澤濕地邊緣向中心,土壤剖面有機(jī)碳儲(chǔ)量明顯增加。1m深度內(nèi)有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為1.04、1.48和4.22×104tkm-2,由此可見,沼澤濕地具有巨大的碳儲(chǔ)存功能。但只有繼續(xù)維持沼澤濕地的積水才能使其繼續(xù)發(fā)揮“碳匯”的功能,沼澤濕地一旦開墾,原先儲(chǔ)存的有機(jī)碳就會(huì)釋放出來,沼澤濕地就會(huì)變成“碳源”,影響全球氣候變化。三江平原天然沼澤濕地實(shí)際上都已受到了不同程度的人類活動(dòng)的干擾,選擇不同的沼