芦苇对黄河三角洲湿地土壤理化性质及盐分的影响_吴林川.pdf

第 51 卷 第 3 期东北林业大学学报Vol51 No32023 年 3 月JOUNAL OF NOTHEAST FOESTY UNIVESITYMar 2023作者简介:吴林川，男，1989 年 1 月生，沃德兰特(北京)生态环境技术研究院有限公司，工程师。Email:wulinchuan 126com。收稿日期:2022 年 3 月 6 日。责任编辑:段柯羽。芦苇对黄河三角洲湿地土壤理化性质及盐分的影响吴林川(沃德兰特(北京)生态环境技术研究院有限公司，北京，100192)摘要为了研究黄河三角洲湿地芦苇(Phragmites australis)不同生长时期、不同深度(h)土壤理化性质及盐分的分布规律，采用野外土壤样品采集和室内测定相结合的方法，旨在探索芦苇对黄河三角洲湿地的改良效果。结果表明:芦苇不同生长期表层(0h20 cm)土壤有机质质量分数均显著大于对照组，其中抽穗期和腐烂期土壤有机质质量分数分别比对照组增加了 175%和 239%。芦苇从发芽期到腐烂期，表层土壤粉粒含量逐渐增加，由发芽期的 6166%增加到腐烂期的 6812%，且均大于对照组。芦苇湿地表层土壤电导率和 pH 值随着芦苇的生长发育逐渐降低，底层(40 cmh60 cm)土壤电导率和 pH 值则随着芦苇的生长逐渐升高。芦苇湿地土壤表层盐分离子较对照组显著减少，且随着芦苇的生长逐渐减少;底层土壤 K+随着芦苇生长呈逐渐升高的趋势。关键词黄河三角洲;芦苇;湿地;土壤理化性质;土壤盐分分类号S157Effects of Phragmites australis on Soil Physicochemical Properties and Salinity in Wetland of the Yellow iver Del-ta/Wu Linchuan(Water Land ECO-environment Technology Institute of Beijing Co Ltd，Beijing 100192，P Chi-na)/Journal of Northeast Forestry University，2023，51(3):103106The experiment was conducted to explore the improvement effect of Phragmites australis on the wetland of the Yellowiver Delta The methods of field soil sample collection and indoor measurement were used to study the physicochemicalproperties and salt distribution of soil in different Phragmites australis growth periods and depths in the wetland of theYellow iver Delta The content of soil organic matter in the surface layer(0h20 cm)at different P australis growthstages was significantly higher than that in the control group，and the content of soil organic matter in heading stage and de-cay stage increased by 175%and 239%，respectively The content of surface layer(0h20 cm)silt particles increasedgradually from germination stage to decay stage，from 6066%in germination stage to 6812%in decay stage，which weresignificantly higher than those in the control group The conductivity and pH value of surface layer(0h20 cm)gradual-ly decreased with the growth of P australis，while the conductivity and pH value of bottom layer(40 cmh60 cm)grad-ually increased Compared with the control group，the surface layer(0h20 cm)salinity decreased significantly，andgradually decreased with the growth period of P australis K+in bottom layer(40 cmh60 cm)soil increased graduallywith the growth of P australisKeywordsYellow iver Delta;Phragmites australis;Wetlands;Soil physicochemical properties;Soil salinity湿地生态系统作为海洋生态系统和绿地生态系统的过渡带，兼具陆地和海洋生态系统的生境1，具有十分丰富的生物多样性。在人为活动及气候变化的影响下，湿地生态系统面源污染、土壤盐渍化、重金属污染等问题日益凸显2。黄河三角洲湿地总面积约 153 万 hm2，拥有我国温带地区最完整的湿地生态系统3。近几年因过渡开垦和水资源的不合理开发利用，导致黄河三角洲湿地土壤盐渍化程度不断加重45。科学保护黄河三角洲湿地对调节区域气候、保护生物多样性、调节水资源、维系生态系统平衡具有重要意义6。学者对黄河三角洲湿地盐碱地治理方式进行了多角度的研究。乔艳辉等7 研究发现 NyPa 牧草种植可以有效改良盐碱地土壤理化性质;贺文君等8 通过研究微地形对滨海盐碱地盐分分布的影响发现，随着高程的增加，土壤盐分出现“表聚”现象8;王月海等9 通过造林绿化技术探索了黄河三角洲盐碱地的改良方法;李庆国等10 通过改进排水系统提升了黄河三角洲盐碱地治理效果;耿雨晗11 通过室内土柱模拟试验，发现埋设高孔隙材料可以降低土壤盐分含量。芦苇(Phragmites australis(Cav)Trin ex Steud)作为一种广泛生长于黄河三角洲湿地的天然水生湿地禾草，对土壤具有一定的改良作用，但目前研究重点集中于芦苇对土壤重金属吸附方面1215，关于其对湿地土壤理化性质及盐分改良的研究较少。本研究通过分析芦苇不同生长期土壤垂直方向上盐分分布的变化规律，目的在于研究芦苇对黄河三角洲湿地土壤理化性质及盐分的改良效果，为黄河三角洲湿地土壤修复提供参考。1研究区概况试验选取黄河三角洲芦苇湿地作为研究区域。研究区位于山东省东营市垦利区，该地为黄河携带大量泥沙在渤海凹陷处沉积形成的冲积平原。多年平均气温为 122，年均降水量 594 mm，蒸发量约DOI:10.13759/ki.dlxb.2023.03.0022 000 mm16。研究区土壤类型以潮土和盐碱土为主。植被主要为盐生植物，物种组成简单，主要分布的植物种包括芦苇、柽柳(Tamarix chinensis Lour)及纵翅碱蓬(Suaeda pterantha(Kar et Kir)Bunge)17。2研究方法在山东东营垦利区黄河三角洲湿地选取地势平坦、植被类型单一、人为活动少、密度均匀的芦苇群落采集土壤样品，分别于芦苇的发芽期(2020 年 4月)、抽穗期(2020 年 7 月)和腐烂期(2020 年 10月)在土壤深度(h)为0h20 cm(表层)、20 cmh40 cm(中层)、40 cmh60 cm(底层)分层进行采样，设置 3 个重复，对照组(CK)土壤样品采集于芦苇湿地附近裸地。采样完毕后分别用保鲜袋密封带回实验室处理。土壤机械采用马尔文激光粒度仪测定;土壤 pH采用 pH 计(酸度计)测定;土壤电导率采用电导率仪测定;K+、Na+采用火焰光度计法测定，Ca2+、Mg2+采用 EDTA 滴定法测定;Cl采用硝酸银滴定法测定;SO24采用 EDTA 间接络合滴定法测定;CO23、HCO3采用双试剂中和法测定18。使用 Excel 2010 处理数据，IBM SPSS Statistics19 软件对数据进行统计分析。3结果与分析31芦苇不同生长期对土壤有机质的影响通过观察各生长期不同深度土壤有机质质量分数可以看出(表 1)，芦苇不同生长期表层(0h20cm)土壤有机质质量分数均大于对照组，其中抽穗期和腐烂期土壤有机质质量分数显著大于对照组(CK)，分别比对照组增加了 175%和 239%。随着芦苇的生长发育，各层土壤有机质质量分数均逐渐增加，且不同生长期土壤有机质质量分数差异显著。由此可见，黄河三角洲湿地芦苇生长发育有助于提高土壤有机质质量分数。表 1芦苇不同生长期土壤有机质质量分数生长期土壤有机质质量分数/gkg10h20 cm20 cmh40 cm40 cmh60 cm发芽期(904084)c(638084)d(567083)e抽穗期(1013076)b(807076)c(770036)c腐烂期(1068156)a(928060)b(876049)cCK(862046)c(528030)e(521052)f注:表中数据为平均值标准差;同列不同小写字母表示差异显著(P005)。32芦苇不同生长期土壤质地变化特征由表 2 可知，芦苇从发芽期到腐烂期 0h20cm 土层土壤黏粒百分比基本无变化，粉粒百分比逐渐增加，粉粒百分比由发芽期的 6166%增加到腐烂期的 6812%，且均大于对照组。该现象表明，芦苇可以改变黄河三角洲湿地表层土壤粉粒百分比，从而起到改良湿地土壤质地的作用。表 2各土层土壤颗粒组成土层(h)/cm生长期土壤颗粒组成/%黏粒粉粒砂粒0h20发芽期246161661374抽穗期25216754725腐烂期26276812561CK22596002173920h40发芽期251764281055抽穗期25536556891腐烂期25666445990CK22436102165540h60发芽期26206463917抽穗期247763051218腐烂期228663951320CK200359352062芦苇各生长期中层(20 cmh40 cm)土壤颗粒百分比差异较小，但中层土壤黏粒及粉粒百分比均大于对照组。底层(40 cmh60 cm)土壤砂粒百分比随芦苇生长逐渐增加，砂粒百分比由发芽期的917%增加到腐烂期的 1320%，这是由于芦苇生长发育过程中根系在土壤中穿插，从而导致土壤颗粒百分比发生变化。33芦苇不同生长期土壤电导率及 pH 值变化特征研究表明，从发芽期到腐烂期，0h20 cm 土层土壤电导率逐渐降低，由 575 mScm1下降到210 mScm1，且均小于对照组(表 3)。20 cmh40 cm 土层土壤电导率变化不显著。发芽期，40 cmh60 cm 土层土壤电导率显著低于 0h20 cm 和20 cmh40 cm 土层;抽穗期和腐烂期，该土层土壤电导率逐渐增加并接近对照组。由此可见，芦苇对黄河三角洲湿地 0h20 cm 土层土壤电导率影响最大。垂直方向上，发芽期不同土层土壤电导率由大到小依次为:0h20 cm 土层、20 cmh40 cm土层、40 cmh60 cm 土层，抽穗期和腐烂期不同土层土壤电导率由大到小依次为:40 cmh60 cm土层、20 cmh40 cm 土层、0h20 cm 土层。表 3芦苇不同生长期土壤电导率生长期土壤电导率/mScm10h20 cm20 cmh40 cm40 cmh60 cm发芽期574053546043306047抽穗期327020483024522043腐烂期209017480024540061CK648052612043578058注:表中数据为平均值标准差。从芦苇发芽期到腐烂期，0h20 cm 土层土壤pH 逐渐降低，由 883 下降到 820，pH 降低了 063;401东北林业大学学报第 51 卷20 cmh40 cm 土层土壤 pH 呈先降低后升高的趋势;40 cmh60 cm 土层土壤 pH 值则逐渐升高，且均小于对照组(表 4)。从土壤垂直方向上来看，发芽期和抽穗期，0h20 cm 土层土壤 pH 值大于 20cmh60 cm 土层土壤 pH 值;腐烂期，20 cmh60cm 土层土壤 pH 值大于 0h20 cm 土壤 pH 值。表 4芦苇不同生长期土壤 pH 值生长期土壤 pH0h20 cm20 cmh40 cm40 cmh60 cm发芽期883015852016856018抽穗期862006832007862007腐烂期820006841009881009CK911008874007902010注:表中数据为平均值标准差。34芦苇不同生长期土壤盐分变化特征通过研究黄河三角洲湿地不同深度土壤中八大离子质量分数的分布规律，结果见表 5。通过对黄河三角洲芦苇湿地土壤盐分质量分数分析得出，与对照组相比，芦苇湿地土壤盐分离子均有所减少。土壤垂直方向上，0h20 cm、20 cmh40 cm 土层土壤盐分离子质量分数较对照组均有所减少，且芦苇湿地土壤盐分离子质量分数随芦苇的生长逐渐减少，表明种植可以显著降低黄河三角洲湿地 0h40 cm 土层土壤盐分离子质量分数。从发芽期到腐烂期，0h20 cm、20 cmh40cm 土层土壤 K+和 Na+逐渐减少，且均显著小于对照组，其中 0h20 cm 土层土壤 K+较对照组分别减少了 107%、367%、431%，土壤 Na+质量分数较对照组分别减少了 181%、740%、837%。40 cmh60 cm 土层不同时期土壤 K+和 Na+质量分数由小到大依次为:发芽期、抽穗期、腐烂期。从发芽期到腐烂期，0h20 cm 土层土壤 Ca2+质量分数逐渐减少，且均显著小于对照组。发芽期，20 cmh40 cm、40 cmh60 cm 土层土壤 Ca2+质量分数与对照组无显著差异，抽穗期和腐烂期则显著降低。垂直方向上，随着土壤深度的增加，Ca2+质量分数显著降低。从发芽期到腐烂期，0h20 cm、20 cmh40 cm 土层土壤 Mg2+质量分数逐渐减少，且均显著小于对照组。抽穗期和腐烂期，40 cmh60 cm 土层土壤 Ca2+质量分数无显著变化，但与发芽期和对照组差异显著。单个芦苇生长季节内，0h20 cm 土壤 Cl质量分数变化最大，从发芽期的 0639 8%下降至腐烂期的 0084 5%，降幅为 868%。芦苇抽穗期至腐烂期，土壤 Cl质量分数随着土壤深度的增加逐渐增加，且差异显著。0 h 20 cm 土层土壤 SO24、HCO3、CO23质量分数降幅分别为 760%、627%、746%，而其他土壤深度 SO24、HCO3、CO23质量分数变化规律不明显。表 5芦苇不同生长期土壤盐分离子质量分数盐分离子生长期土壤盐分离子质量分数/%0h20 cm20 cmh40 cm40 cmh60 cmK+发芽期(0020 20002 4)b(0016 40001 2)c(0014 30001 4)d抽穗期(0014 30001 6)d(0013 20001 3)e(0016 10001 5)c腐烂期(0012 80001 8)e(0011 00001 6)f(0017 00001 8)cCK(0022 60002 6)a(0019 00001 5)b(0019 50001 9)bNa+发芽期(0027 30002 5)b(0016 40001 5)d(0014 40001 6)f抽穗期(0014 60002 5)e(0014 40002 4)c(0019 30001 8)c腐烂期(0012 40002 3)g(0013 80001 7)f(0020 00001 0)cCK(0031 40002 6)a(0018 10002 3)c(0022 00001 9)cCa2+发芽期(0204 70025 4)b(0083 70012 4)c(0031 60008 6)f抽穗期(0085 20014 6)c(0070 10013 3)d(0023 70008 5)g腐烂期(0059 30013 3)e(0068 10010 0)d(0021 40012 9)gCK(0237 50026 9)a(0097 10014 6)c(0036 00013 9)fMg2+发芽期(0108 90019 7)b(0045 40009 5)d(0031 80007 3)f抽穗期(0082 80008 9)c(0027 70008 3)f(0039 70005 1)e腐烂期(0044 70011 0)d(0021 00008 6)g(0036 70007 2)eCK(0129 60019 7)a(0054 50010 2)c(0044 40008 0)dCl发芽期(0639 80108 3)b(0312 20058 6)d(0299 10043 6)d抽穗期(0106 40048 4)g(0248 20053 5)e(0486 30048 1)c腐烂期(0084 50068 4)g(0183 80052 3)f(0504 50068 7)cCK(0767 80111 6)a(0368 50056 2)d(0580 10074 2)cSO24发芽期(0286 70032 6)b(0178 50025 9)c(0089 20011 2)e抽穗期(0107 70031 7)e(0080 00033 4)e(0131 10023 3)d腐烂期(0068 70009 9)f(0047 00003 9)g(0085 60008 9)eCK(0329 70032 9)a(0198 10034 1)c(0157 30024 0)cHCO3发芽期(0103 80012 9)b(0084 40010 2)c(0044 30009 1)c抽穗期(0056 10008 3)d(0036 70004 1)e(0031 20008 8)f腐烂期(0038 70004 0)e(0024 30001 4)g(0021 90003 6)gCK(0124 50012 7)a(0099 60010 3)b(0052 80009 7)cCO23发芽期(0024 40003 4)b(0011 90001 7)c(0006 60001 5)e抽穗期(0007 90002 1)d(0005 90001 0)e(0006 20002 4)e腐烂期(0006 20001 0)e(0005 80000 3)e(0005 70000 9)eCK(0029 10003 7)a(0013 10001 6)c(0007 40002 4)e注:表中数据为平均值标准差;同列不同小写字母表示同一土壤盐分离子不同时期差异显著(P005)。4讨论土壤有机质是提供植物生长发育的主要物质，其质量分数是土壤肥力状况的重要指标之一，与土壤水分、孔隙度、颗粒组成及植被等多种因素相互制约、相互影响1920。植物生长过程中，根系分泌物、脱落物对土壤孔隙度和粒径组成等有所影响，有助于提高土壤有机质质量分数2021。本研究发现，随着黄河三角洲湿地芦苇的发育，其土壤有机质逐渐升高，原因是芦苇生长季内，温度逐渐升高，芦苇根系生物量逐渐增加，进而导致土壤有机质质量分数升高，这与其他学者22 研究结论基本一致。土壤机械组成与植物根系具有显著相关关系，植物根系通过穿透和根际效应影响土壤孔隙度和水501第 3 期吴林川:芦苇对黄河三角洲湿地土壤理化性质及盐分的影响分，进而影响土壤机械组成2324。本研究中，芦苇湿地土壤粉粒百分比大于对照组，且随着芦苇的生长发育，土壤粉粒百分比逐渐增加，这是在芦苇根系穿插物理作用和根系分泌、腐解化学作用下25，土壤机械组成不断改良的结果。本试验芦苇湿地 40 cmh60 cm 土层土壤电导率和部分盐分离子质量分数在抽穗期和腐烂期均逐渐升高。抽穗期，研究区天气炎热干燥，土壤水分蒸散消耗较大，而芦苇根系深度约 5060 cm，盐分离子在芦苇蒸腾拉力的作用下，逐渐向芦苇根系聚集和吸收26;腐烂期，芦苇根系枯萎腐烂，芦苇体内盐分被土壤微生物群落分解后返回到土壤中27，导致电导率和盐分离子质量分数升高28。因此，为了降低黄河三角洲湿地土壤湿地土壤盐分，可定期采取割刈29 等管理措施。5结论芦苇湿地土壤有机质质量分数显著高于对照组。单个芦苇生长季，土壤有机质质量分数逐渐增加，且表层(0h20 cm)土壤有机质质量分数显著高于中层(20 cmh40 cm)和底层(40 cmh60cm)。芦苇湿地土壤粉粒百分比大于对照组，砂粒百分比小于对照组，且随着芦苇的生长发育，土壤黏粒百分比变化不明显，粉粒百分比逐渐增加。芦苇湿地 0h20 cm 土层土壤电导率和 pH 值随着芦苇的生长发育逐渐降低，40 cmh60 cm 土层土壤电导率和 pH 值则随着芦苇的生长发育逐渐升高，且较对照组均有所降低。芦苇湿地表层(0h20cm)土壤盐分离子较对照组显著减少，且随着芦苇的生长逐渐减少;底层(40 cmh60 cm)土壤 K+随着芦苇生长呈逐渐升高的趋势。参考文献 1崔保山，杨志峰湿地生态系统健康研究进展 J 生态学杂志，2001，20(3):3136 2黄建国福建主要滨海湿地生态系统重金属污染特征及评价D福州:福建农林大学，2007 3穆从如，杨林生，王景华，等黄河三角洲湿地生态系统的形成及其保护J应用生态学报，2000，11(1):123126 4杨伟现代黄河三角洲滨海湿地时空演变分析D上海:华东师范大学，2010 5朱伟，杨劲松，姚荣江，等黄河三角洲中重度盐渍土棉田水盐运移规律研究J土壤，2021，53(4):817825 6高楠黄河三角洲滨海湿地芦苇对水盐异质性的生态适应对策 D 长春:吉林建筑大学，2021 7乔艳辉，王月海NyPa 牧草对滨海盐碱地土壤改良效应研究 J 中国农学通报，2021，37(24):6772 8贺文君，韩广轩，颜坤，等微地形对滨海盐碱地土壤水盐分布和植物生物量的影响J 生态学杂志，2021，40(11):35853597 9王月海，姜福成，佀庆柱，等黄河三角洲盐碱地造林绿化关键技术 J 水土保持通报，2015，35(3):203206，213 10李庆国，刘建强黄河三角洲盐碱地工程治理暗管布设系统优化 J 水电能源科学，2014，32(2):121123 11耿雨晗黄河三角洲区域盐碱地治理孔隙材料优化及排盐工程应用 D泰安:山东农业大学，2021 12董盼盼，张振明，张明祥生物炭植物联合修复对土壤重金属 Pb、Cd 分布效应J 环境科学学报，2022，42(1):280286 13关亚楠，白军红，王伟，等黄河三角洲不同淹水条件下芦苇和盐地碱蓬凋落物的分解与重金属归还特征J 自然资源学报，2020，35(2):472479 14曾淼，张厚勇黄河三角洲芦苇湿地不同水期土壤植被重金属分布特征 J 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