發(fā)布時(shí)間：2020-02-28所屬分類(lèi)：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：天津蘆葦(Phragmitesaustralis)濕地是東亞一澳大利亞候鳥(niǎo)遷徙必經(jīng)之地，具有重要的生態(tài)功能。近幾十年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展和人口的增加，天津地區(qū)水體成化、氮污染等問(wèn)題嚴(yán)重。調(diào)查了天津典型濕地七里海、北大港和大黃堡濕地蘆葦種群地上部生
摘要：天津蘆葦(Phragmitesaustralis)濕地是東亞一澳大利亞候鳥(niǎo)遷徙必經(jīng)之地，具有重要的生態(tài)功能。近幾十年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展和人口的增加，天津地區(qū)水體成化、氮污染等問(wèn)題嚴(yán)重。調(diào)查了天津典型濕地七里海、北大港和大黃堡濕地蘆葦種群地上部生物量、形態(tài)特征及氮、磷營(yíng)養(yǎng)狀況，探討其與環(huán)境氮、磷營(yíng)養(yǎng)和含鹽量的關(guān)系，結(jié)果表明：(1)天津典型濕地蘆葦種群地上部最大生物量變化范圍為978～1263g·m～，并未隨樣地間含鹽量和氮含量等環(huán)境因子的變化而顯著改變;(2)在最大生物量時(shí)期(8月)，北大港濕地蘆葦?shù)厣喜康亢偷獌?chǔ)量明顯低于七里海和大黃堡;8月北大港濕地蘆葦葉片氮磷比為12.48，氮限制植物生長(zhǎng);七里海和大黃堡濕地蘆葦葉片氮磷比分別為14.89和15.72，氮、磷共同限制植物生長(zhǎng);(3)當(dāng)前環(huán)境壓力顯著影響了蘆葦?shù)厣喜康⒘谞I(yíng)養(yǎng)狀況。底泥含鹽量增加可降低蘆葦葉片氮、磷含量;隨著底泥氮營(yíng)養(yǎng)的增加，蘆葦莖氮含量呈線性增加;而隨著底泥磷營(yíng)養(yǎng)的增加，蘆葦葉和莖磷含量并未增加。雖然天津地表水體氮污染嚴(yán)重，但是氮而非磷成為蘆葦生長(zhǎng)的主要限制因子，天津蘆葦濕地仍然具有吸納環(huán)境氮污染物的潛力。
關(guān)鍵詞：含鹽量;氮;磷;濕地;蘆葦;地上生物量
天津市濕地總面積為248784.8hm，占天津市域總面積的20.9%，具有重要的生產(chǎn)和生態(tài)功能…。蘆葦(Phragmitesaustral~)濕地作為濕地環(huán)境的重要組成部分，在凈化水體和維持濕地生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性等方面具有獨(dú)特功能J。同時(shí)，蘆葦具有極高的生物量，其固碳能力是全國(guó)陸地植被平均固碳能力的2.3～4.9倍，在全球碳循環(huán)及陸地生態(tài)系統(tǒng)碳固定中占有重要地位J。天津蘆葦濕地主要分布在七里海、北大港和大黃堡自然保護(hù)區(qū)，是濱海地區(qū)生物多樣性極為豐富的地區(qū)，也是東亞一澳大利亞候鳥(niǎo)遷徙必經(jīng)之地，每年遷徙和繁殖的鳥(niǎo)類(lèi)近100萬(wàn)只，有國(guó)家一、二級(jí)保護(hù)鳥(niǎo)類(lèi)30多種]，在維持生物多樣性等方面有著其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的作用。然而近幾十年來(lái)，天津作為國(guó)內(nèi)城市化發(fā)展最快的地區(qū)之一，水體富營(yíng)養(yǎng)化、水體咸化以及水資源匱乏問(wèn)題嚴(yán)重J。有研究指出，天津地表水水體的咸化程度呈明顯的地帶性分布，由山前平原一中部平原一濱海平原，水體咸度逐步增加，水質(zhì)由淡水一微咸水一咸水一鹽水一鹵水變化J。天津蘆葦濕地土壤含鹽量隨著與海距離的增加呈遞減趨勢(shì)，在2—14g·kg之間變化。用氮同位素技術(shù)對(duì)天津地表水整個(gè)流域72個(gè)點(diǎn)的狀況進(jìn)行研究的結(jié)果表明，天津地表水氮污染嚴(yán)重，有近1/4的水樣達(dá)不到地表水Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。
氮輸入和含鹽量增加對(duì)蘆葦生長(zhǎng)有顯著影響。在富營(yíng)養(yǎng)化條件下，營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷對(duì)蘆葦種群影響的研究存在爭(zhēng)議。有學(xué)者認(rèn)為：(1)濕地大量的氮、磷輸入使蘆葦群落生物量增加，但植株容易倒伏。生物量的增加會(huì)造成底泥中有機(jī)質(zhì)積累，貧氧狀況加重，植物毒素的釋放和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的改變使水體向浮游型超營(yíng)養(yǎng)化發(fā)展¨;(2)濕地嚴(yán)重的氮污染會(huì)促使植被生長(zhǎng)出現(xiàn)由氮限制型向磷限制型轉(zhuǎn)變，從而改變濕地吸納氮污染的能力，降低其凈化水體的功能;(3)濕地大量的氮輸入，降低蘆葦根系生產(chǎn)力，促進(jìn)有機(jī)碳的分解，影響蘆葦濕地碳固定等生態(tài)功能的發(fā)揮;(4)蘆葦濕地大量的氮輸入導(dǎo)致外來(lái)物種如互花米草的入侵¨。相反，對(duì)氮負(fù)荷較高的內(nèi)蒙古烏梁素海濕地的研究表明，氮仍然是野生蘆葦生長(zhǎng)的主要限制因子，氮輸入會(huì)顯著提高蘆葦生產(chǎn)力且沒(méi)有毒害作用141。不同蘆葦濕地由于其氣候條件、環(huán)境本底狀況不同，對(duì)于氮輸人的響應(yīng)各異。土壤含鹽量增加會(huì)明顯抑制蘆葦?shù)纳L(zhǎng)，導(dǎo)致蘆葦種群生產(chǎn)力和光合速率顯著降低¨引;含鹽量增加還可促使蘆葦群落演替為翅堿蓬群落，改變蘆葦濕地的生態(tài)功能¨。氮和含鹽量對(duì)植物生長(zhǎng)的影響存在交互作用，在適宜的含鹽量水平下，氮素投人有助于減緩鹽分對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用;但在高含鹽量條件下，氮輸入不能緩解鹽分對(duì)植物的危害。植物生長(zhǎng)在不同的含鹽量環(huán)境中，對(duì)氮輸入的響應(yīng)不盡相同。
天津水體咸化和氮負(fù)荷對(duì)河流濕地營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生明顯影響J，而含鹽量和氮負(fù)荷對(duì)河流涵養(yǎng)的蘆葦濕地的生產(chǎn)力水平和營(yíng)養(yǎng)狀況會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響?天津蘆葦濕地植被生長(zhǎng)是否由氮限制轉(zhuǎn)化為磷限制，進(jìn)而影響蘆葦濕地生態(tài)功能的發(fā)揮?目前這些問(wèn)題仍未得到科學(xué)解答。因此，研究當(dāng)前環(huán)境壓力下天津蘆葦濕地生產(chǎn)力水平和氮、磷營(yíng)養(yǎng)狀況，對(duì)于了解天津典型蘆葦濕地的生態(tài)功能，理解蘆葦濕地的退化機(jī)理，合理利用和保護(hù)天津濕地具有極為重要的意義。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)樣地概況
選擇天津七里海、北大港和大黃堡自然保護(hù)區(qū)的蘆葦濕地作為研究區(qū)(圖1)。天津市(北緯38。3357一4O。1457，東經(jīng)116。4205”～118。O331)東臨渤海，北依燕山，地處濱海平原、海河流域下游，具有豐富的濕地資源。年平均氣溫為12—13℃，年降水量為522—663lnm，年蒸發(fā)量約為1640mm_1引。天津七里海、北大港和大黃堡濕地自然保護(hù)區(qū)分別距渤海灣約38、24和60km(圖1)，七里海和北大港濕地表層土壤含鹽量為7—14g·～，屬于重度鹽化;大黃堡濕地表層土壤含鹽量為2g·kg一，屬于中度鹽化土壤J。北大港、七里海和大黃堡自然保護(hù)區(qū)植被均以蘆葦為主，蘆葦相對(duì)豐度超過(guò)90%l19]。2013年5月3塊濕地淹水深度約為20am;8月底，七里海濕地幾乎干涸，沒(méi)有淹水，而北大港和大黃堡濕地淹水約30am。
1.2樣品的采集與處理
蘆葦?shù)厣喜咳訒r(shí)間設(shè)為2013年5月初、8月底和11月初，每塊樣地設(shè)5—6次重復(fù)。蘆葦?shù)厣仙锪坎捎?.5mxO.5m樣方收獲法測(cè)定，將樣方內(nèi)植物齊地面剪下，同時(shí)測(cè)定樣方內(nèi)蘆葦?shù)母叨群椭陞矓?shù)。將植物樣帶回實(shí)驗(yàn)室，24h內(nèi)將每個(gè)植物樣品中的蘆葦與其他物種分開(kāi)，蘆葦?shù)那o和葉分開(kāi)，之后將所有植物樣品在75℃條件下烘干48h后稱(chēng)重并記錄。采用混合球磨儀(MM400，Retsch，Germany)將烘干后的植物樣品進(jìn)行粉碎，并密封保存。植物葉和莖的c、N含量采用元素分析儀(EA1108，Germany)測(cè)定。
底泥樣品的采集時(shí)間為8月底，在每個(gè)剪過(guò)植物樣的地方采用直徑為3em的土鉆沿底泥平面隨機(jī)取深度為0～25cm的2鉆土壤混合為1個(gè)樣品，樣品采集后裝入自封袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室。底泥樣品經(jīng)過(guò)剔除植物殘茬、石塊等之后，分為2個(gè)部分保存。一部分為新鮮土樣，4cC條件下保存，48h之內(nèi)完成土壤浸提和土壤含水量測(cè)定。土壤采用2mol·LKC1溶液浸提，之后用流動(dòng)分析儀(AutoAnalyzer3，Seal，Germany)測(cè)定浸提液中NO3一-N和NH4+-N含量;土壤含水量采用稱(chēng)重法(108℃條件下烘干24h)測(cè)定。另一部分土樣自然風(fēng)干，用于化學(xué)元素的測(cè)定。風(fēng)干土樣使用混合球磨儀(MM400，Retsch，Germany)研磨后采用元素分析儀(EA1108，Germany)測(cè)定土壤全氮含量;土壤速效磷采用0.5mol·L～NaHCO鉬銻抗比色法測(cè)定;土壤全磷采用HC10-H：s0鉬銻抗比色法測(cè)定。底泥含鹽量采用水質(zhì)參數(shù)儀(StarA420C一01A，ThermoOrion，UnitedStates)對(duì)風(fēng)干土樣采用水土質(zhì)量比5：1測(cè)定。
1.3數(shù)據(jù)分析
采用SASV8.0(SAS，1996)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，并用Tucky方法進(jìn)行多重比較。采用Pearson相關(guān)分析方法分析蘆葦葉和莖的氮磷含量與沉積物含水量、含鹽量和氮磷營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系。采用Origin8.6軟件作圖。其中，蘆葦?shù)厣喜康樟?氮儲(chǔ)量)=蘆葦葉生物量×蘆葦葉氮含量+蘆葦莖生物量×蘆葦莖氮含量。
2研究結(jié)果
2.1天津典型濕地蘆葦?shù)厣喜可锪考靶螒B(tài)特征
天津典型濕地蘆葦?shù)厣喜可锪考靶螒B(tài)特征見(jiàn)表1。
由表1可知，天津典型濕地蘆葦?shù)厣喜孔畲笊锪孔兓秶鸀?78～1263g·m～，天津蘆葦濕地3個(gè)采樣地點(diǎn)(七里海、北大港和大黃堡)雖然環(huán)境因子(如含鹽量和氮含量)不同，但是植物最大生物量時(shí)期(8月底)樣地間蘆葦?shù)厣喜可锪坎町惒伙@著;至11月收獲期蘆葦已經(jīng)枯黃，七里海和北大港濕地蘆葦?shù)厣喜可锪颗c8月差異不顯著，而大黃堡濕地11月蘆葦大量倒伏，地上部生物量顯著低于8月，也顯著低于同期七里海和北大港濕地。
北大港濕地整個(gè)生長(zhǎng)季蘆葦密度均高于七里海和大黃堡濕地，其中5月和8月達(dá)到顯著水平，而七里海和大黃堡濕地之間蘆葦密度沒(méi)有顯著差異。8月北大港濕地蘆葦高度和單株重均顯著低于七里海和大黃堡。綜上，在植物最大生物量時(shí)期，天津蘆葦濕地3個(gè)采樣地點(diǎn)地上部生物量差異不顯著;與七里海和大黃堡相比，北大港濕地蘆葦密度較高，高度和單株重較低。
2.2天津典型濕地蘆葦?shù)谞I(yíng)養(yǎng)狀況及其與環(huán)境因子的關(guān)系
從5月到11月，隨著季節(jié)的推移，蘆葦葉和莖氮、磷含量顯著降低，11月蘆葦已經(jīng)枯黃，蘆葦?shù)厣喜康�、磷含量�(jī)H為8月的15%～62%(表2)。
與北大港相比，七里海和大黃堡濕地蘆葦具有相對(duì)較高的氮營(yíng)養(yǎng)水平。5月北大港濕地蘆葦葉和莖氮含量最低，七里海和大黃堡蘆葦葉和莖氮含量顯著高于北大港(表2);8月北大港濕地蘆葦莖氮含量仍然最低;然而，8月七里海蘆葦葉片氮含量下降，與北大港差異不顯著，顯著低于大黃堡;11月七里海和大黃堡蘆葦葉氮含量仍然高于北大港濕地，莖氮含量在樣地間差異不顯著。5月七里海和大黃堡蘆葦葉和莖磷含量顯著高于北大港;8月七里海濕地葉片磷含量最低，顯著低于北大港和大黃堡，而莖磷含量在樣地問(wèn)差異不顯著;11月樣地間葉片磷含量差異不顯著，北大港莖磷含量顯著高于七里海和大黃堡濕地(表2)。
合并植物未枯黃時(shí)期5月和8月的數(shù)據(jù)，天津典型濕地蘆葦葉氮和葉磷含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P氮、磷吸收量(儲(chǔ)量)隨著季節(jié)的推移而呈現(xiàn)先增加后降低的規(guī)律，其中8月最高，11月最低(表3)。就樣地問(wèn)比較而言，5月3塊濕地地上部氮、磷吸收量沒(méi)有顯著差異，8月北大港濕地蘆葦?shù)厣喜康樟匡@著低于七里海和大黃堡，僅約為七里海和大黃堡地上氮吸收量的60%一70%;而3塊樣地問(wèn)地上部磷吸收量差異不顯著。11月北大港濕地蘆葦?shù)厣喜康⒘變?chǔ)量高于七里海和大黃堡(表3)。
8月底泥含鹽量與蘆葦葉氮、磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.001和P<0.05，圖3b，圖4b)，而與蘆葦莖氮、磷含量相關(guān)性均未達(dá)顯著水平(圖3f，圖4f)。隨著底泥氮營(yíng)養(yǎng)的增加，蘆葦莖氮含量呈線性增加。
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