退化湿地恢复年限对土壤生源要素储存的动态影响机制研究

（编辑推荐）本研究通过空间替代时间法，揭示典型内陆湿地（Phragmites australis与Typha orientalis群落）在不同恢复年限（1/3/5年）下土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）的积累规律，证实延长恢复期可通过调控土壤温度、湿度和容重显著提升生源要素储量，为退化盐沼生态修复提供科学依据。

　　

引言

湿地作为陆地与水域的过渡带，储存了全球约三分之一的土壤有机碳（SOC），其生源要素（碳、氮、磷）的动态变化对生态系统功能至关重要。近年来，气候变暖与人类活动导致全球湿地面积缩减35%，中国向海湿地因水源短缺和过度开发严重退化。本研究以向海退化盐沼为对象，探究典型植物群落（芦苇P. australis和香蒲T. orientalis）在不同恢复年限（1/3/5年）下土壤生源要素的响应机制。

材料与方法

研究区位于松嫩平原西部（44°50′–45°15′ N），属温带大陆性季风气候。通过植被移植法（2014–2017年）恢复湿地，2018年采集0–40 cm土层样品，测定SOC（TOC分析仪）、TN/TP（连续流动分析仪）及土壤温度、湿度、容重（BD）。采用三因素方差分析（SPSS 22.0）和结构方程模型（SEM，Amos 24.0）解析驱动因素。

结果

1. 1.

   土壤性质变化

   • •

     随恢复年限增加，土壤温度显著降低（P. australis湿地降幅达1.8°C），湿度在T. orientalis湿地更高（50.8% vs 42.3%），BD在P. australis湿地较低（0.665 vs 0.772 g cm^?3）。

   • •

     深层土壤（>30 cm）因根系减少导致SOC和TN含量较表层降低29–53%。

2. 2.

   生源要素动态

   • •

     SOC与TP：P. australis湿地SOC含量（34.69 g kg^?1）和TP密度（0.016 kg m^?2）显著高于T. orientalis湿地，5年恢复期使SOC密度提升至2.41 kg m^?2（R²=0.32）。

   • •

     TN：P. australis湿地TN随恢复年限持续增加，而T. orientalis湿地在3年恢复期出现峰值（1.98 g kg^?1），与低温抑制微生物分解有关（SEM路径系数=?0.39）。

3. 3.

   化学计量比

   TN/TP在T. orientalis湿地更高（3.318 vs 2.576），而SOC/TP在P. australis湿地5年恢复期达286.94，反映碳磷解耦效应。

讨论

1. 1.

   恢复年限的积极作用

   延长恢复期通过降低土壤温度（间接效应=?0.23）和提升湿度（直接效应=0.20），促进有机质积累。例如，5年恢复使P. australis湿地SOC含量接近自然湿地水平的87%，但完全恢复需30年以上（Schinner et al., 1981）。

2. 2.

   植物群落差异

   P. australis凭借高生物量（地上部干重增加42%）和深层根系，比T. orientalis多储存19%的SOC。后者因纤维素快速分解导致TP流失率升高12.8%。

3. 3.

   垂直分布机制

   表层土壤（0–10 cm）因微生物活跃（如Proteobacteria占比>35%）和根系输入，SOC密度占全土层的47%，而深层土壤受水分限制成为碳汇薄弱区。

结论

湿地恢复显著改善土壤生源要素储量，其中P. australis群落更具碳汇潜力。建议将恢复年限纳入盐沼修复评估体系，未来需结合微生物组学（如Azotobacter丰度）深化长期（>5年）效应研究。本成果为全球气候变化背景下（RCP 8.5情景）内陆湿地管理提供理论支撑。