梁子湖湿地土壤—水—植物系统碳氮磷转化研究
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摘要
湿地是地球上重要的生存环境和生态系统，湿地碳氮磷转化是生物地球化学循环的内容之一。根据梁子湖湿地的现状，采用实地考察、室内分析、模拟试验及模型模拟方法，对梁子湖湿地土壤-水-植物系统碳氮磷转化进行了研究。主要研究结果如下：
1 湿地土壤表层有机碳含量在10.9g／kg-39.5g／kg之间，全氮、全磷含量分别为1.39g／kg-2.91g／kg、0.41g／kg-0.52g／kg。土壤表层有机碳、全氮、全磷的分布特征是随地形部位升高(地下水位降低)而降低。土壤有机碳、全氮、全磷在剖面中的分布特征是从表层到底层逐渐降低。土壤中有机碳、全氮、全磷之间有良好的相关性。
2 湿地土壤有机质、全氮、全磷、速效氮变异系数分别是36.0％、30.6％、13.7％和29.3％；速效磷的变异系数最高为50.4％。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮和速效磷的空间自相关理论模型均以球状模型拟合较好。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮具有中等空间自相关性。养分的空间自相关距离比较接近。通过克里格插值进行空间插值制图显示土壤有机质和氮磷表现出空间分布的相似性。
3 湖水全氮平均含量0.71mg／L；铵态氮平均含量为0.065mg／L；硝态氮平均含量为0.257mg／L；全磷平均含量为0.046mg／L。梁子湖水体中氮磷含量呈明显的季节性变化。全氮含量在湖心和出水口是春季最高，冬季最低，主要入水口是夏季最高，冬季最低；硝态氮是春季最高，冬季最低；氨态氮是春季最高，夏季最低；全磷含量是冬季最高，夏季最低。梁子湖氮、氮营养的负荷分别是493.2t和122.2t。不同理论模型对湖水中磷含量的预测结果有较大差异。
4 温度对沉积物氮、磷释放影响明显，温度高，氮、磷释放量大。pH值对沉积物氮、磷释放也有明显的影响。在偏酸(pH5.5)和偏碱(pH11.5)条件下氮、磷的释放量较湖水正常pH值(pH8.5)增大。梁子湖入水口和出水口沉积物氮、磷的释放量较湖心高。
5 梁子湖沉积物无机磷酸盐的形态特征是：Ca-P含量最高，在55％-61％之间，Fe-P含量在26％-33％之间，O-P含量在10％左右，Al-P的含量最低，为3％-5％。不同湖区沉积物无机磷酸盐的存在形态有差别，节制闸和高河港Ca-P含量高于湖心，节制闸和湖心的Al-P+ Fe-P含量高于高河港。
6 沉积物孔隙水中可溶性NO_3~--N浓度随沉积深度增加明显降低而NH_4~+-N浓度则显著增大；沉积物中全氮和有机氮随沉积深度增加而明显降低，NH_4~+-N随沉积深度增加而明显增加。沉积物孔隙水全磷含量随沉积深度增加而递增，而沉积物全磷及不同化学相磷含量随沉积深度增加而降低。
7 水草分解过程中，随温度的升高向水体释放的碳、氮、磷量增加。水生植物每年约固定31768t碳。
8 土壤中尿酶的活性在0.084NH_3-Nmg／g-0.255NH_3-Nmg／g之间，磷酸酶的活性在0.072酚mg／100g-0.309酚mg／100g之间，多酚氧化酶的活性在5.767I_2ml／100g-14.666I_2ml／100g之间。脲酶活性与有机质、全氮呈显著正相关；磷酸酶的活性与有机质、全磷和速效磷都呈正相关；多酚氧化酶的活性与有机质、全氮、全磷的含量均呈负相关关系。沉积物中尿酶和磷酸酶活性的季节变化模式为夏季活性最高，冬季活性最低。土壤多酚氧化酶活性的季节变化则表现为：秋＞夏＞春＞冬。
9 湿地植物全氮含量在3.45g／kg-37.75g／kg之间；植物全磷含量在
Wetland is important ecosesytem and exist environment in globe. Transformations of carbon, nitrogen and phosphorus were content of biogeochemical circulation. Because of the present of Liangzi lake wetland, studies on transformation of carbon, nitrogen, phosphorus in soil-water-plant system at wetland of Liangzi lake, E zhou, Hubei were conducted by a serial of field investigation and simulating experiment. The results were smmmarized as follows:
1 The content of organic carbon, total nitrogen, total phosphorus were 24.2g/kg -56.8g/kg, 1.39g/kg-2.91g/kg, 0.41g/kg-0.52g/kg respectively. The organic carbon, total nitrogen, total phosphorus increased with drop of topographical location (gone up of ground-water level) in the plow layer of five typical paddy soils. The organic carbon, total nitrogen, total phosphorus was decreased form plow layer to subsoil in five paddy soil profile. The organic carbon, total nitrogen, total phosphorus had significantly correlated each other in plow layer.
2 Soil properties varied sharply, with available phosphorus showing the highest coefficient of vaeiation and soil total phosphorus the lowest coefficient of vaeiation, their values were 50.4% and 13.7% respectively. Theoertical semivariogram models of soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen and available P were spherical model with a sill. Soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen had middle spatial correlation patterns. No significant differences in ranges of soil organic matter and nitrogen, phosphorus were found. The map of Kringing interpolation indicated that the spatial distribution of soil organic matter and nitrogen, phosphorus were similarity.
3 The concentrations of total nitrogen, total phosphorus, NO_3~--N and NH_4~+-N were 0. 71mg/L, 0.046mg/L, 0. 257mg/L, 0. 065mg/L respectively in the water of liangzi lake. The concentrations of total nitrogen, total phosphorus, NO_3~--N and NH_4~+-N show significantly various with seasons. The concentrations of total nitrogen was high in spring, low in winter in lake centre and exit, but in entrance was high in summer, low in winter; The concentrations of NO_3~--N was high in spring, low in winter; The concentrations of NH_4~+-N was high in spring, low in summer; The concentrations of total phosphorus was high in winter, low in summer. The loading of nitrogen and phosphorus was 493.2t and 122.2t respectively. The results of prediction for phosphorus concentration in the water using different models were significant difference.
4 The temperature and pH play an important role in nitrogen, phosphorus release. High temperature promoted the nitrogen, phosphorus released from sediment. Changing of pH in water body increased the amount of nitrogen, phosphorus released from sediment. The amount of nitrogen, phosphorus released from sediment in entrance and exit was higher than that in centre of lake.
5 The forms of inorganic phosphorus insurface sediments were Ca-P 55%-61%, Fe-P 26%-33%, O-P about 10%, Al-P 3%-5% respectively. Ca-P was found to be the major
1 湿地土壤表层有机碳含量在10.9g／kg-39.5g／kg之间，全氮、全磷含量分别为1.39g／kg-2.91g／kg、0.41g／kg-0.52g／kg。土壤表层有机碳、全氮、全磷的分布特征是随地形部位升高(地下水位降低)而降低。土壤有机碳、全氮、全磷在剖面中的分布特征是从表层到底层逐渐降低。土壤中有机碳、全氮、全磷之间有良好的相关性。
2 湿地土壤有机质、全氮、全磷、速效氮变异系数分别是36.0％、30.6％、13.7％和29.3％；速效磷的变异系数最高为50.4％。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮和速效磷的空间自相关理论模型均以球状模型拟合较好。土壤有机质、全氮、全磷、速效氮具有中等空间自相关性。养分的空间自相关距离比较接近。通过克里格插值进行空间插值制图显示土壤有机质和氮磷表现出空间分布的相似性。
3 湖水全氮平均含量0.71mg／L；铵态氮平均含量为0.065mg／L；硝态氮平均含量为0.257mg／L；全磷平均含量为0.046mg／L。梁子湖水体中氮磷含量呈明显的季节性变化。全氮含量在湖心和出水口是春季最高，冬季最低，主要入水口是夏季最高，冬季最低；硝态氮是春季最高，冬季最低；氨态氮是春季最高，夏季最低；全磷含量是冬季最高，夏季最低。梁子湖氮、氮营养的负荷分别是493.2t和122.2t。不同理论模型对湖水中磷含量的预测结果有较大差异。
4 温度对沉积物氮、磷释放影响明显，温度高，氮、磷释放量大。pH值对沉积物氮、磷释放也有明显的影响。在偏酸(pH5.5)和偏碱(pH11.5)条件下氮、磷的释放量较湖水正常pH值(pH8.5)增大。梁子湖入水口和出水口沉积物氮、磷的释放量较湖心高。
5 梁子湖沉积物无机磷酸盐的形态特征是：Ca-P含量最高，在55％-61％之间，Fe-P含量在26％-33％之间，O-P含量在10％左右，Al-P的含量最低，为3％-5％。不同湖区沉积物无机磷酸盐的存在形态有差别，节制闸和高河港Ca-P含量高于湖心，节制闸和湖心的Al-P+ Fe-P含量高于高河港。
6 沉积物孔隙水中可溶性NO_3~--N浓度随沉积深度增加明显降低而NH_4~+-N浓度则显著增大；沉积物中全氮和有机氮随沉积深度增加而明显降低，NH_4~+-N随沉积深度增加而明显增加。沉积物孔隙水全磷含量随沉积深度增加而递增，而沉积物全磷及不同化学相磷含量随沉积深度增加而降低。
7 水草分解过程中，随温度的升高向水体释放的碳、氮、磷量增加。水生植物每年约固定31768t碳。
8 土壤中尿酶的活性在0.084NH_3-Nmg／g-0.255NH_3-Nmg／g之间，磷酸酶的活性在0.072酚mg／100g-0.309酚mg／100g之间，多酚氧化酶的活性在5.767I_2ml／100g-14.666I_2ml／100g之间。脲酶活性与有机质、全氮呈显著正相关；磷酸酶的活性与有机质、全磷和速效磷都呈正相关；多酚氧化酶的活性与有机质、全氮、全磷的含量均呈负相关关系。沉积物中尿酶和磷酸酶活性的季节变化模式为夏季活性最高，冬季活性最低。土壤多酚氧化酶活性的季节变化则表现为：秋＞夏＞春＞冬。
9 湿地植物全氮含量在3.45g／kg-37.75g／kg之间；植物全磷含量在
Wetland is important ecosesytem and exist environment in globe. Transformations of carbon, nitrogen and phosphorus were content of biogeochemical circulation. Because of the present of Liangzi lake wetland, studies on transformation of carbon, nitrogen, phosphorus in soil-water-plant system at wetland of Liangzi lake, E zhou, Hubei were conducted by a serial of field investigation and simulating experiment. The results were smmmarized as follows:
1 The content of organic carbon, total nitrogen, total phosphorus were 24.2g/kg -56.8g/kg, 1.39g/kg-2.91g/kg, 0.41g/kg-0.52g/kg respectively. The organic carbon, total nitrogen, total phosphorus increased with drop of topographical location (gone up of ground-water level) in the plow layer of five typical paddy soils. The organic carbon, total nitrogen, total phosphorus was decreased form plow layer to subsoil in five paddy soil profile. The organic carbon, total nitrogen, total phosphorus had significantly correlated each other in plow layer.
2 Soil properties varied sharply, with available phosphorus showing the highest coefficient of vaeiation and soil total phosphorus the lowest coefficient of vaeiation, their values were 50.4% and 13.7% respectively. Theoertical semivariogram models of soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen and available P were spherical model with a sill. Soil organic matter, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen had middle spatial correlation patterns. No significant differences in ranges of soil organic matter and nitrogen, phosphorus were found. The map of Kringing interpolation indicated that the spatial distribution of soil organic matter and nitrogen, phosphorus were similarity.
3 The concentrations of total nitrogen, total phosphorus, NO_3~--N and NH_4~+-N were 0. 71mg/L, 0.046mg/L, 0. 257mg/L, 0. 065mg/L respectively in the water of liangzi lake. The concentrations of total nitrogen, total phosphorus, NO_3~--N and NH_4~+-N show significantly various with seasons. The concentrations of total nitrogen was high in spring, low in winter in lake centre and exit, but in entrance was high in summer, low in winter; The concentrations of NO_3~--N was high in spring, low in winter; The concentrations of NH_4~+-N was high in spring, low in summer; The concentrations of total phosphorus was high in winter, low in summer. The loading of nitrogen and phosphorus was 493.2t and 122.2t respectively. The results of prediction for phosphorus concentration in the water using different models were significant difference.
4 The temperature and pH play an important role in nitrogen, phosphorus release. High temperature promoted the nitrogen, phosphorus released from sediment. Changing of pH in water body increased the amount of nitrogen, phosphorus released from sediment. The amount of nitrogen, phosphorus released from sediment in entrance and exit was higher than that in centre of lake.
5 The forms of inorganic phosphorus insurface sediments were Ca-P 55%-61%, Fe-P 26%-33%, O-P about 10%, Al-P 3%-5% respectively. Ca-P was found to be the major
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