周遠(yuǎn)剛,趙銳鋒,*,趙海莉,張麗華,趙 敏,鄒建榮

1 西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,蘭州 730070 2 甘肅省土地利用與綜合整治工程研究中心,蘭州 730070 3 張掖國(guó)家濕地公園管委會(huì),張掖 734000

濕地是地球上水-陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng),是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀(guān)之一,在保護(hù)生物多樣性、存儲(chǔ)碳氮、維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全等方面發(fā)揮著重要作用[1-3]。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加和城市擴(kuò)張,越來(lái)越多的濕地退化甚至消失[4],導(dǎo)致濕地生態(tài)功能衰減,嚴(yán)重威脅區(qū)域生態(tài)安全[5-6]。為減緩和扭轉(zhuǎn)濕地退化及濕地生態(tài)環(huán)境功能的衰減,世界上許多國(guó)家實(shí)施了濕地保護(hù)和修復(fù)措施,隨之相關(guān)的濕地恢復(fù)與保護(hù)研究也開(kāi)始興起[7],已成為當(dāng)前國(guó)際濕地科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域和熱點(diǎn)問(wèn)題[8]。

近年來(lái),濕地的恢復(fù)與保護(hù)、濕地恢復(fù)效應(yīng)等問(wèn)題獲得了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注,并取得了大量的研究成果。Yepsen等[7]、Koos等[9]針對(duì)濕地恢復(fù)對(duì)植被恢復(fù)、植物物種多樣性的影響進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)恢復(fù)濕地有利于恢復(fù)區(qū)植被恢復(fù)和物種多樣性提高；An等[10]針對(duì)自然恢復(fù)濕地對(duì)植被特征的影響展開(kāi)了研究,得出隨著時(shí)間增加恢復(fù)濕地植被物種多樣性高于未恢復(fù)濕地,無(wú)干擾濕地恢復(fù)物種多樣性隨時(shí)間變化而減少,植被蓋度和高度隨時(shí)間變化而增加的結(jié)論；Wolf等[11]、Badiou等[12]針對(duì)人工恢復(fù)濕地在土壤碳、氮恢復(fù)效應(yīng)等方面展開(kāi)了研究,發(fā)現(xiàn)人工恢復(fù)濕地有利于土壤碳氮恢復(fù)；Huang等[13]研究了濕地恢復(fù)對(duì)不穩(wěn)定碳和氮的影響,認(rèn)為短期內(nèi)土壤碳氮含量會(huì)降低,但隨時(shí)間變化會(huì)逐漸增加；Ballantine等[14]、Roon等[15]研究了濕地恢復(fù)對(duì)土壤特性、植被生長(zhǎng)、植物多樣性的影響,表明濕地恢復(fù)有利于土壤恢復(fù)、植被生長(zhǎng)和物種多樣性的增加；Dodds等[16]研究了濕地恢復(fù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,認(rèn)為濕地恢復(fù)有利于生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù),從而提供更多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；Henry等[17]在濕地恢復(fù)對(duì)濕地水生生態(tài)的影響方面進(jìn)行了相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期的濕地恢復(fù),水生生態(tài)表現(xiàn)出明顯的恢復(fù)效果。干旱環(huán)境背景控制的干旱區(qū)濕地,因其地處氣候敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū),一旦破壞則會(huì)威脅整個(gè)區(qū)域的生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,因此展開(kāi)對(duì)干旱區(qū)濕地資源保護(hù)與恢復(fù)研究顯得尤為重要。然而,目前國(guó)內(nèi)相關(guān)研究主要集中于三江平原濕地、黃河三角洲濕地等東部濕潤(rùn)地區(qū)[13,18],干旱區(qū)僅有艾比湖濕地、塔里木河濕地在濕地恢復(fù)和保護(hù)對(duì)植被、土壤、濕地面積影響等方面的初步研究[19-20],對(duì)于中國(guó)第二大內(nèi)陸河黑河濕地的恢復(fù)與保護(hù)研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。

黑河中游濕地位于我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū),具有涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候等多種生態(tài)功能,在黑河流域乃至河西走廊生態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用[21]。關(guān)于黑河濕地的研究主要集中在土壤化學(xué)性質(zhì)的空間分布[21-22]、植被性狀[23]、動(dòng)物多樣性等[24],對(duì)濕地恢復(fù)與保護(hù)研究、濕地不同恢復(fù)與保護(hù)方式效應(yīng)研究不夠深入。為此,本研究選擇黑河中游張掖國(guó)家濕地公園為研究區(qū)域,通過(guò)野外調(diào)查和采樣,研究黑河中游張掖國(guó)家濕地公園不同恢復(fù)方式對(duì)土壤和植被的影響,為干旱區(qū)濕地恢復(fù)、保護(hù)與重建提供理論支持和決策參考。

1 研究區(qū)域概況

張掖濕地公園(100°06′—100°45′ E,38°32′—39°24′ N)位于張掖市甘州區(qū)城郊北部、黑河?xùn)|側(cè)與市區(qū)緊密相連,總面積約46.02 km2(圖1)。屬于典型的溫帶大陸性氣候,年均降水量129 mm,年均蒸發(fā)量2047 mm,年平均溫度7.4℃,干旱指數(shù)達(dá)15.87,日照充足,光能資源豐富,年日照時(shí)數(shù)在3085 h[21]。受黑河及地下水影響,區(qū)域內(nèi)水資源較為充足。研究區(qū)的主要植物物種有拂子茅(Calamagrostisepigeios)、蘆葦(Phragmitesaustralias)、豬毛菜(Salsolacollina)、賴(lài)草(Leymussecalinus)等。濕地恢復(fù)前,該區(qū)域主要由耕地和部分自然濕地和人為濕地組成,地勢(shì)較為平坦,水源主要來(lái)源于黑河地表徑流和地下滲水。主要植物物種有蘆葦、沙棗(Elaeagnusangustifolia)、拂子茅以及各種農(nóng)作物。

圖1 張掖國(guó)家濕地公園的地理位置及恢復(fù)區(qū)分布Fig.1 Location of Zhangye National Wetland Park and distribution of restoration areasRU：恢復(fù)利用方式,Restoration and utilization；RP：恢復(fù)保護(hù)方式,Restoration and protection；Nr：自然恢復(fù)方式,Natural restoration；Nw：自然濕地,Natural wetland

2 分析方法和數(shù)據(jù)處理

2.1 樣品采集

2017年夏季在張掖國(guó)家濕地公園主體區(qū)調(diào)查3類(lèi)典型恢復(fù)方式：1)退耕后無(wú)人為澆灌、管理等人為參與的濕地恢復(fù)方式,簡(jiǎn)稱(chēng)自然恢復(fù)方式(Natural restoration, Nr)；2)退耕后人為建立柵欄隔離,幾乎無(wú)人類(lèi)和大型動(dòng)物踩踏、干擾,并定時(shí)人為澆灌的濕地恢復(fù)方式,簡(jiǎn)稱(chēng)恢復(fù)保護(hù)方式(Restoration and Protection, RP)；3)退耕后建設(shè)為旅游景點(diǎn),修建棧道、觀(guān)光車(chē)道、長(zhǎng)廊等基礎(chǔ)設(shè)施,且常有澆灌、栽種、刈割蘆葦?shù)热藶閰⑴c濕地恢復(fù)管理的濕地恢復(fù)方式,簡(jiǎn)稱(chēng)恢復(fù)利用方式(Restoration and Utilization, RU)以及一個(gè)臨近自然濕地(Natural wetland, Nw)作為參考濕地。3種濕地恢復(fù)方式于2009—2011年開(kāi)始濕地恢復(fù),恢復(fù)時(shí)間差異較小。

同步進(jìn)行植物與土壤采樣,根據(jù)區(qū)域面積大小和道路分布情況確定3—14個(gè)1 m×1m樣方,盡量保證均勻分布于樣地內(nèi),共調(diào)查樣方25個(gè)?，F(xiàn)場(chǎng)鑒定每個(gè)樣方中的物種類(lèi)別,同時(shí)記錄各物種個(gè)體數(shù)、高度等植物特征,并將個(gè)別物種采集標(biāo)本帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定。采用環(huán)刀法在樣方中心采集0—10,10—20,20—40 cm土樣3個(gè)裝入鋁盒并稱(chēng)鮮重。每個(gè)樣方另取一份土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,撿出枯落物和根,自然風(fēng)干,用1、0.25、0.15 mm直徑的土篩篩取土樣,進(jìn)行土壤有機(jī)碳、速效氮、全氮、全磷、速效磷、pH、鹽分等的測(cè)定。

2.2 樣品測(cè)定

土壤樣品的pH值用酸度計(jì)(PHS-3C) 測(cè)定(水土比5∶1)；水溶性鹽總量用重量法測(cè)定(水土比5∶1)；有機(jī)碳(SOC)含量用重鉻酸鉀容量法-消煮法測(cè)定；全氮含量采用開(kāi)式消煮法測(cè)定；全磷含量采用硫酸-高氯酸消煮法測(cè)定；速效氮采流動(dòng)分析儀(SKALAR 8505)測(cè)定；速效磷含量采用雙酸浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定[21]；土壤含水量和容重測(cè)定采用烘干法,在105℃烘箱中烘8—12 h至恒重。室內(nèi)分析中,全氮全磷在蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,其他實(shí)驗(yàn)都在西北師范大學(xué)土壤地理實(shí)驗(yàn)室完成。

2.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)測(cè)得的土壤容重、pH、水分含量、全鹽量、有機(jī)碳、全氮、速效氮、全磷、速效磷以及野外記錄的植物個(gè)體數(shù)、高度等特征值,對(duì)不同區(qū)域濕地的典型植被和土壤特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。運(yùn)用EXCEL進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理,運(yùn)用SPSS 17.0均值比較T檢驗(yàn)法進(jìn)行差異性分析,運(yùn)用Origin對(duì)處理后的數(shù)據(jù)制圖。

采用豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)來(lái)表征植物群落的物種多樣性。

豐富度指數(shù)：R=S

重要值(VI)：VI=(相對(duì)高度+相對(duì)多度+相對(duì)蓋度)/3

相對(duì)蓋度=某種植物的蓋度/所有植物物種的蓋度之和

相對(duì)高度=某種植物的平均高度/所有植物平均高度之和

相對(duì)多度=某種植物的株數(shù)/所有植物的株數(shù)之和

式中,Pi為物種i的重要值,S為物種i所在樣方的物種數(shù)。

采用總蓋度和總多度來(lái)表征植物的生長(zhǎng)狀態(tài)?？偵w度指樣方內(nèi)各物種蓋度之和,總多度指樣方內(nèi)各物種數(shù)量之和。

3 結(jié)果

3.1 不同恢復(fù)方式對(duì)植物的影響

3.1.1不同恢復(fù)方式對(duì)植物生長(zhǎng)狀態(tài)的影響

由圖2可知,自然恢復(fù)方式(53.33±1.71)植被覆蓋度顯著低于恢復(fù)利用方式(98.34±1.66)和恢復(fù)保護(hù)方式(95.62±2.51)(P<0.05),且恢復(fù)保護(hù)方式下植被蓋度更接近自然濕地。不同濕地恢復(fù)方式下單位面積植被多度亦存在較大差異。3種恢復(fù)方式植被多度變化趨勢(shì)為RP>RU>Nr,恢復(fù)保護(hù)方式與自然恢復(fù)方式植被多度差異顯著(P<0.05),恢復(fù)保護(hù)方式植被多度更接近自然濕地(圖2)。

圖2 3種濕地恢復(fù)方式下的植被生長(zhǎng)狀態(tài)Fig.2 Vegetation growth status in three wetland restoration methods誤差線(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)誤差；誤差線(xiàn)上的不同字母表示同一指數(shù)不同恢復(fù)區(qū)顯著性差異分組(P=0.05)

3.1.2不同恢復(fù)方式對(duì)植物多樣性的影響

由圖3可知,恢復(fù)利用方式、恢復(fù)保護(hù)方式、自然恢復(fù)方式物種豐富度指數(shù)分別為4.21±0.39、2.67±0.33、4.50±1.26,且恢復(fù)保護(hù)方式物種豐富度顯著低于自然恢復(fù)方式和恢復(fù)利用方式(P<0.05),優(yōu)勢(shì)種分別為蘆葦、蘆葦、賴(lài)草。不同濕地恢復(fù)方式下物種多樣性指數(shù)也表現(xiàn)出較大差異,其變化趨勢(shì)與物種豐富度指數(shù)一致,自然恢復(fù)方式物種多樣性指數(shù)顯著高于恢復(fù)保護(hù)方式(P<0.05)(圖3)。自然恢復(fù)方式在物種多樣性方面更接近自然濕地,但優(yōu)勢(shì)物種不是濕生植被。

圖3 3種濕地恢復(fù)方式下的物種多樣性Fig.3 Species diversity in three wetland restoration methods誤差線(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)誤差；誤差線(xiàn)上的不同字母表示同一指數(shù)不同恢復(fù)區(qū)顯著性差異分組(P=0.05)

3.2 不同恢復(fù)方式對(duì)土壤性狀的影響

3.2.1不同恢復(fù)方式對(duì)土壤水分含量、鹽分、PH和容重的影響

由圖4可知,在0—10、10—20 cm和20—40 cm土層,土壤含水量的分布規(guī)律均為RU>RP>Nr,恢復(fù)利用方式與自然恢復(fù)方式間各層土壤含水量差異顯著(P<0.05)。土壤鹽分含量與土壤含水量相反(圖4)。自然恢復(fù)方式土壤各層鹽分含量與兩種人為恢復(fù)方式差異顯著(P<0.05)?；謴?fù)利用方式土壤含水量與鹽分含量更接近自然濕地。

不同濕地恢復(fù)方式中,0—10、10—20 cm和20—40 cm土壤容重、pH均以自然恢復(fù)方式最高,恢復(fù)利用方式最低,恢復(fù)保護(hù)方式居中(圖4)。除0—10 cm自然恢復(fù)方式與恢復(fù)利用方式土壤容重外,3種濕地恢復(fù)方式土壤容重、pH無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖4 不同濕地恢復(fù)方式下的土壤容重、pH、水分含量、鹽分Fig.4 Soil bulk density, pH, moisture content, and salt content under different wetland restoration methods誤差線(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)誤差；誤差線(xiàn)上的不同字母表示同一土壤層次土壤性狀不同恢復(fù)區(qū)顯著性差異分組(P=0.05)

3.2.2不同恢復(fù)方式對(duì)土壤碳、氮、磷的影響

由圖5可知,在0—10、10—20 cm和20—40 cm土層,土壤有機(jī)碳量的分布規(guī)律均為RU>RP>Nr?；謴?fù)利用方式土壤有機(jī)碳含量顯著高于自然恢復(fù)方式和恢復(fù)保護(hù)方式(P<0.05),土壤有機(jī)碳含量分別為(18.98±2.72)、(14.38±1.40)、(13.71±1.97) g/kg；(12.27±1.58)、(10.10±0.50)、(9.1±2.7) g/kg；(11.56±1.67)、(9.38±1.19)、(7.30±0.57) g/kg,自然恢復(fù)方式與恢復(fù)保護(hù)方式無(wú)顯著差異(P>0.05)。

土壤全氮含量與土壤有機(jī)碳含量分布規(guī)律一致(圖5)?；謴?fù)利用方式各層土壤全氮顯著高于自然恢復(fù)方式和恢復(fù)保護(hù)方式(P<0.05)。0—10 cm和10—20 cm土層土壤全磷含量以自然恢復(fù)方式最高,恢復(fù)利用方式最低。20—40 cm土層土壤全磷含量以自然恢復(fù)方式最高(圖5)。除20—40 cm外,自然恢復(fù)方式其余土層土壤全磷顯著高于兩種人為恢復(fù)方式(P<0.05)?；謴?fù)利用方式土壤有機(jī)碳、全氮、全磷含量更接近自然濕地。

3種濕地恢復(fù)方式中,各層土壤速效氮含量的變化趨勢(shì)均為Nr>RU>RP(圖5)。自然恢復(fù)方式速效氮顯著高于恢復(fù)保護(hù)方式和恢復(fù)利用方式(P<0.05),恢復(fù)保護(hù)方式與恢復(fù)利用方式差異并不顯著(P>0.05)。各層土壤速效磷含量變化趨勢(shì)與有機(jī)碳相反(圖5)。自然恢復(fù)方式與恢復(fù)利用方式各層土壤速效磷含量差異顯著(P<0.05)。恢復(fù)利用方式土壤速效氮、速效磷含量更接近自然濕地。

圖5 不同濕地恢復(fù)方式下的土壤碳、氮、磷Fig.5 Soil carbon, nitrogen and phosphorus under different wetland restoration methods誤差線(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)誤差；誤差線(xiàn)上的不同字母表示同一土壤層次土壤性狀不同恢復(fù)區(qū)顯著性差異分組(P=0.05)

4 討論

4.1 不同恢復(fù)方式下植物多樣性的變化

本研究結(jié)果表明,人工恢復(fù)濕地更有助于植被的生長(zhǎng)。這與國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果一致,Kolos等[9]研究發(fā)現(xiàn)人工恢復(fù)濕地并進(jìn)行管理,有利于提高植被蓋度；An等[10]研究發(fā)現(xiàn)濕地恢復(fù)有利于提高植被蓋度,而且短期內(nèi)單位面積上的植株密度會(huì)顯著增加；唐娜等[25]研究表明人工恢復(fù)濕地,區(qū)域內(nèi)植被蓋度增加,單位面積上植株數(shù)量增多。這可能是恢復(fù)利用方式和恢復(fù)隔離方式下,人為澆灌滿(mǎn)足植被生長(zhǎng)的水源需求[26]。

物種多樣性是描述生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和持續(xù)性的一個(gè)指標(biāo)[27]。本文的研究結(jié)果顯示自然恢復(fù)方式物種多樣性指數(shù)高于恢復(fù)和恢復(fù)保護(hù)方式,三種恢復(fù)方式中恢復(fù)利用方式人為干擾相對(duì)較強(qiáng),自然恢復(fù)方式適中,恢復(fù)保護(hù)方式干擾較弱,符合中度干擾假說(shuō)[28]。張立敏等[29]認(rèn)為封閉管理更容易導(dǎo)致物種減少甚至消失。本研究中恢復(fù)保護(hù)方式物種多樣性指數(shù)最低,正好符合這一觀(guān)點(diǎn)。

物種豐富度指數(shù)表現(xiàn)出與多樣性指數(shù)相同的特點(diǎn),自然恢復(fù)方式物種豐富度指數(shù)最高,恢復(fù)保護(hù)方式物種豐富度指數(shù)最低。陳利項(xiàng)等[28]認(rèn)為干擾是影響植物多樣性的因素。因此,這種現(xiàn)象出現(xiàn)可能是因?yàn)樽匀换謴?fù)方式干擾相對(duì)適中,而恢復(fù)利用方干擾較高式,恢復(fù)保護(hù)方式干擾較低。張立敏等[29]發(fā)現(xiàn)封閉管理會(huì)降低植物物種豐富度,因此,恢復(fù)保護(hù)方式物種豐富度指數(shù)低于恢復(fù)利用方式,可能是因?yàn)榛謴?fù)保護(hù)方式下植物群落受外界物種影響小,群落抗干擾能力弱,穩(wěn)定性差,易達(dá)到物種局不滅局或獨(dú)占所需。

3種濕地恢復(fù)方式對(duì)于植被的恢復(fù)都有一定的促進(jìn)作用,自然恢復(fù)有助于維護(hù)物種多樣性,但對(duì)各物種植被的生長(zhǎng)發(fā)育的促進(jìn)作用不明顯。隔離恢復(fù)與自然恢復(fù)相反,對(duì)物種的生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用,但會(huì)影響物種多樣性。恢復(fù)利用方式介于二者之間,對(duì)物種多樣的發(fā)展有較好的促進(jìn)作用,對(duì)物種多樣性的影響相對(duì)較低,是一種比較均衡的恢復(fù)方式。

4.2 不同恢復(fù)方式下土壤性狀的變化

4.2.1不同恢復(fù)方式下土壤水分含量、鹽分、pH和容重的變化

不同濕地恢復(fù)方式對(duì)土壤容重影響較小,表現(xiàn)出恢復(fù)利用方式各層土壤容重最低,自然恢復(fù)方式各層容重最高。3種濕地恢復(fù)方式所在區(qū)域濕地恢復(fù)前均為退耕地,土壤容重受濕地恢復(fù)前土壤容重差異的影響小,因此土壤容重差異主要是由于人為澆灌引起的土壤水分含量差異導(dǎo)致的。這一結(jié)果與趙連春等[30]研究發(fā)現(xiàn)一致,即土壤容重與土壤水分含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系?；謴?fù)利用方式與恢復(fù)保護(hù)方式屬于人為恢復(fù)濕地,在濕地恢復(fù)過(guò)程中,恢復(fù)保護(hù)方式與恢復(fù)利用方式有人為澆灌,且恢復(fù)利用方式區(qū)域內(nèi)保持有流水。

不同濕地恢復(fù)方式對(duì)土壤pH值影響較小,表現(xiàn)為恢復(fù)利用方式pH值最低,恢復(fù)保護(hù)方式pH最高。Feyisa等[31]認(rèn)為人工恢復(fù)濕地有機(jī)碳含量增加會(huì)影響土壤中的陽(yáng)離子,從而影響土壤pH值。本研究3種恢復(fù)方式中恢復(fù)利用方式有機(jī)碳含量最高,自然恢復(fù)方式最低,與pH的趨勢(shì)一致。因此,3種恢復(fù)方式pH值的差異可能是有機(jī)碳含量的差異導(dǎo)致。唐羅忠等[32]的研究結(jié)果表明堿性土壤在漬水條件下,土壤處于還原狀態(tài),pH值會(huì)由酸性降為中性左右?；謴?fù)保護(hù)方式與恢復(fù)利用方式,特別是恢復(fù)利用方式,長(zhǎng)期人為澆灌,土壤處于漬水狀態(tài),滿(mǎn)足還原反應(yīng)條件。因此,3種恢復(fù)方式土壤pH值的差異也有可能是受人為澆灌引起土壤含水量差異導(dǎo)致。

不同濕地恢復(fù)方式對(duì)土壤鹽分影響顯著,恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護(hù)方式土壤鹽分顯著低于自然恢復(fù)方式。田長(zhǎng)彥等[33]認(rèn)為灌溉排水有溶堿洗鹽的作用,能夠降低土壤鹽堿性。本研究中,恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護(hù)方式經(jīng)常有人為的灌溉排水,特別是恢復(fù)利用方式內(nèi)經(jīng)常保持有流水。因此,自然恢復(fù)方式鹽分顯著高于恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護(hù)方式,是因?yàn)樽匀换謴?fù)方式缺少人為灌排導(dǎo)致。高進(jìn)長(zhǎng)等[34]在研究黑河下游河流沿岸土壤養(yǎng)分和鹽分是發(fā)現(xiàn)土壤含水量越低,鹽分越容易積累,本研究3種恢復(fù)方式土壤水分含量和鹽分差異正好符合這一觀(guān)點(diǎn)。

4.2.2不同恢復(fù)方式下土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮的變化

土壤有機(jī)碳、氮是土壤養(yǎng)分的重要組成部分,是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要生源要素[35]。研究結(jié)果表明,土壤有機(jī)碳、全氮呈現(xiàn)出恢復(fù)利用方式高于恢復(fù)保護(hù)方式,恢復(fù)保護(hù)方式高于自然恢復(fù)方式的特征。盡管恢復(fù)保護(hù)方式與自然恢復(fù)方式差異極小,但仍能夠反映人工恢復(fù)更有助于有機(jī)碳、全氮的積累。對(duì)比國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究,發(fā)現(xiàn)有類(lèi)似的結(jié)果,Yu等[11]在研究美國(guó)人工恢復(fù)濕地后土壤碳氮恢復(fù)狀況時(shí)發(fā)現(xiàn),濕地土壤碳氮含量均增加；Larkin等[36]在研究中發(fā)現(xiàn)人工恢復(fù)濕地土壤有機(jī)碳含量會(huì)顯著增加；Ballantine等[14]研究發(fā)現(xiàn)人工恢復(fù)濕地土壤總氮含量增加；董凱凱等[18]在黃河濕地恢復(fù)研究中發(fā)現(xiàn)人工恢復(fù)濕地土壤碳氮含量均顯著增加。表明干旱區(qū)同其他地區(qū)相似,人工恢復(fù)濕地更有利于土壤碳氮積累。

董凱凱等[18]指出土壤有機(jī)碳和氮含量取決于有機(jī)物的輸入與輸出量,在無(wú)人為碳氮輸入影響的環(huán)境中,土壤有機(jī)碳的輸入與輸出量主要取決于有機(jī)殘?bào)w歸還量和有機(jī)殘?bào)w的腐殖化系數(shù),其中輸出量主要包括分解、侵蝕、各種生物和非生物條件(土壤含水量等)影響等；氮元素的輸入和輸出量主要受植物殘?bào)w的歸還量和生物固氮的影響。白軍紅等[35]認(rèn)為恢復(fù)淡水濕地中土壤粘粒含量、植物凋落物、土壤含水量、水位顯著影響有機(jī)碳和總氮的空間分布。Noe等[37]認(rèn)為恢復(fù)濕地土壤氮素增減受植被生長(zhǎng)狀況、水文狀況等影響。3種恢復(fù)方式在土壤水分含量方面、植被生長(zhǎng)性狀方面都存在較大的差異,因此本研究中3種恢復(fù)方式土壤有機(jī)碳、全氮的差異可能是受土壤水分含量、植被等因素的影響。

土壤速效氮是可以被植物直接利用的氮,研究結(jié)果顯示,研究區(qū)土壤速效氮變化與總氮變化趨勢(shì)完全相反,自然恢復(fù)方式明顯高于恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護(hù)方式。李曉東等[38]發(fā)現(xiàn)土壤速效氮與土壤pH之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；王長(zhǎng)庭等[39]在研究中發(fā)現(xiàn)土壤速效氮含量與土壤水分含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。表明土壤pH值越低且水分含量越高時(shí),土壤速效氮含量也就越高。本文的研究結(jié)果與之截然相反,恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護(hù)方式土壤pH低于自然恢復(fù)方式,且土壤水分含量高于自然恢復(fù)方式,但恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護(hù)方式土壤速效氮顯著低于自然恢復(fù)方式。李磊等[40]在研究短期土壤漬水對(duì)土壤肥力的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)隨漬水天數(shù)增加,土壤速效氮含量顯著降低；Huang等[13]認(rèn)為濕地恢復(fù)中短期內(nèi)氮素會(huì)減少,然后受自然過(guò)程影響,隨時(shí)間變化緩慢增加。本研究中恢復(fù)利用方式與恢復(fù)保護(hù)方式濕地恢復(fù)年限較短,且經(jīng)常人工灌溉,較長(zhǎng)時(shí)間處于漬水狀態(tài),土壤速效氮含量有可能降低。

4.2.3不同恢復(fù)方式下土壤全磷、速效磷的變化

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要營(yíng)養(yǎng)元素之一,在人類(lèi)賴(lài)以生存的土壤-植物-動(dòng)物生態(tài)系統(tǒng)中起著不可替代的作用[40]。研究結(jié)果表明,自然恢復(fù)方式全磷、速效磷含量最高,恢復(fù)利用方式最低。王長(zhǎng)庭等[39]指出磷來(lái)源于土壤,不可再生,磷的輸入與輸出量取決于磷的遷移。Mcdowell等[41]在研究中發(fā)現(xiàn),磷會(huì)融于水中,隨著流水流失；尹煒等[42]認(rèn)為,恢復(fù)濕地會(huì)促進(jìn)濕地植被生長(zhǎng),從而吸收土壤中的磷,降低了土壤中的磷含量。恢復(fù)利用方式、恢復(fù)保護(hù)方式常有人為澆灌,尤其是恢復(fù)利用方式內(nèi)常保持有流水,磷元素更容易隨流水流失。另一方面,從植被生長(zhǎng)狀況看,恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護(hù)方式植被生長(zhǎng)狀況良好,對(duì)磷的吸收優(yōu)于自然恢復(fù)方式,降低了土壤中的磷含量。

4.3 對(duì)濕地恢復(fù)和管理的啟示

理解干旱區(qū)不同的濕地恢復(fù)方式對(duì)土壤和植被特性影響的方向和范圍,可以極大的幫助干旱區(qū)濕地恢復(fù)與管理工作的開(kāi)展。從植物多樣性保護(hù)和植物群落結(jié)構(gòu)維護(hù)的角度來(lái)看,自然恢復(fù)這種適度干擾的恢復(fù)方式盡管增加了物種的數(shù)量[9,28,43],有利于物種多樣性的維護(hù),卻因缺乏水源補(bǔ)給,促進(jìn)了旱生植被的生長(zhǎng),不利于維護(hù)濕地物種多樣性,不滿(mǎn)足濕地恢復(fù)的要求。而恢復(fù)利用方式物種多樣性較高且優(yōu)勢(shì)物種為濕地植被,更有利于維護(hù)濕地物種多樣性。長(zhǎng)期的隔離恢復(fù)不是土地可持續(xù)利用的恢復(fù)方法,因?yàn)榛謴?fù)保護(hù)這種干擾極低的恢復(fù)方式對(duì)植物多樣性有負(fù)面的影響,而且其他的研究結(jié)果也表明了低干擾會(huì)降低植物物種多樣性[28,43]。從固碳和固氮角度來(lái)看,恢復(fù)利用方式這類(lèi)有人為參與濕地恢復(fù)和管理的方式對(duì)土壤有機(jī)碳和總氮的積累是比較有效的[18,36]。從植被多樣性保護(hù)和土壤固碳、固氮兩方面考慮,恢復(fù)利用方式這種人為濕地恢復(fù)方式是比較適用的,根據(jù)之前研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),恢復(fù)利用方式土壤碳氮含量最高,且物種多樣性與自然恢復(fù)方式差異并不顯著?；謴?fù)利用方式植被生長(zhǎng)發(fā)育狀況顯著優(yōu)于自然恢復(fù)方式,良好的植被生長(zhǎng)、發(fā)育狀態(tài)又有利于碳、氮的積累。此外,良好的植被覆蓋,可以減少土壤流失和侵蝕,有利于有機(jī)碳的保護(hù)和存儲(chǔ)?；謴?fù)利用方式有最高的有機(jī)碳和全氮含量,表明在研究區(qū)進(jìn)行類(lèi)似于恢復(fù)利用方式的濕地恢復(fù)具有很高的提高土壤碳氮的潛力。

5 結(jié)論

黑河中游張掖國(guó)家濕地公園的不同區(qū)域的土壤和植被特征由于恢復(fù)方式的不同(RU、RP、Nr)而差異明顯(P<0.05)。在自然恢復(fù)方式下,濕地各層土壤全磷、土壤速效磷、土壤速效氮、植物多樣性值最高,反映出干旱區(qū)自然恢復(fù)方式可能成為干旱區(qū)土壤磷固存的有效手段,適當(dāng)干擾可能成為干旱區(qū)提高物種多樣性的有效方法?；謴?fù)保護(hù)方式下,濕地植物多度值最高,其值為165.67±25,表明恢復(fù)保護(hù)方式有助于植被的生長(zhǎng)繁殖。恢復(fù)利用方式下濕地各層土壤含水量、有機(jī)碳、全氮、植被蓋度值最高、濕地物種多樣性較高,全鹽、pH值最低。表明恢復(fù)利用方式可以有效降低濕地土壤鹽分,提高土壤碳氮含量的潛力,適當(dāng)?shù)娜藶楣芾砜赡艹蔀楦珊祬^(qū)濕地恢復(fù)過(guò)程中提高物種多樣性的有效管理方法。濕地保護(hù)和恢復(fù)管理部門(mén)應(yīng)該仔細(xì)考慮其恢復(fù)目標(biāo),針對(duì)不同恢復(fù)目標(biāo)制定不同濕地恢復(fù)方式。