黑河中游濕地不同恢復(fù)方式對土壤和植被的影響
——以張掖國家濕地公園為例

周遠剛,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 張掖國家濕地公園管委會,張掖 734000

濕地是地球上水-陸相互作用形成的獨特生態(tài)系統(tǒng),是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀之一,在保護生物多樣性、存儲碳氮、維護區(qū)域生態(tài)安全等方面發(fā)揮著重要作用[1-3]。隨著經(jīng)濟發(fā)展、人口增加和城市擴張,越來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,世界上許多國家實施了濕地保護和修復(fù)措施,隨之相關(guān)的濕地恢復(fù)與保護研究也開始興起[7],已成為當前國際濕地科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域和熱點問題[8]。

近年來,濕地的恢復(fù)與保護、濕地恢復(fù)效應(yīng)等問題獲得了國內(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]針對濕地恢復(fù)對植被恢復(fù)、植物物種多樣性的影響進行了研究,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]針對自然恢復(fù)濕地對植被特征的影響展開了研究,得出隨著時間增加恢復(fù)濕地植被物種多樣性高于未恢復(fù)濕地,無干擾濕地恢復(fù)物種多樣性隨時間變化而減少,植被蓋度和高度隨時間變化而增加的結(jié)論；Wolf等[11]、Badiou等[12]針對人工恢復(fù)濕地在土壤碳、氮恢復(fù)效應(yīng)等方面展開了研究,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)對不穩(wěn)定碳和氮的影響,認為短期內(nèi)土壤碳氮含量會降低,但隨時間變化會逐漸增加；Ballantine等[14]、Roon等[15]研究了濕地恢復(fù)對土壤特性、植被生長、植物多樣性的影響,表明濕地恢復(fù)有利于土壤恢復(fù)、植被生長和物種多樣性的增加；Dodds等[16]研究了濕地恢復(fù)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,認為濕地恢復(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)對濕地水生生態(tài)的影響方面進行了相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)長期的濕地恢復(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),一旦破壞則會威脅整個區(qū)域的生態(tài)安全和社會經(jīng)濟發(fā)展,因此展開對干旱區(qū)濕地資源保護與恢復(fù)研究顯得尤為重要。然而,目前國內(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)和保護對植被、土壤、濕地面積影響等方面的初步研究[19-20],對于中國第二大內(nèi)陸河黑河濕地的恢復(fù)與保護研究還鮮見報道。

黑河中游濕地位于我國西北內(nèi)陸干旱區(qū),具有涵養(yǎng)水源、防風固沙、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]、動物多樣性等[24],對濕地恢復(fù)與保護研究、濕地不同恢復(fù)與保護方式效應(yīng)研究不夠深入。為此,本研究選擇黑河中游張掖國家濕地公園為研究區(qū)域,通過野外調(diào)查和采樣,研究黑河中游張掖國家濕地公園不同恢復(fù)方式對土壤和植被的影響,為干旱區(qū)濕地恢復(fù)、保護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15.87,日照充足,光能資源豐富,年日照時數(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,地勢較為平坦,水源主要來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年夏季在張掖國家濕地公園主體區(qū)調(diào)查3類典型恢復(fù)方式：1)退耕后無人為澆灌、管理等人為參與的濕地恢復(fù)方式,簡稱自然恢復(fù)方式(Natural restoration, Nr)；2)退耕后人為建立柵欄隔離,幾乎無人類和大型動物踩踏、干擾,并定時人為澆灌的濕地恢復(fù)方式,簡稱恢復(fù)保護方式(Restoration and Protection, RP)；3)退耕后建設(shè)為旅游景點,修建棧道、觀光車道、長廊等基礎(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,簡稱恢復(fù)利用方式(Restoration and Utilization, RU)以及一個臨近自然濕地(Natural wetland, Nw)作為參考濕地。3種濕地恢復(fù)方式于2009—2011年開始濕地恢復(fù),恢復(fù)時間差異較小。

同步進行植物與土壤采樣,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?，F(xiàn)場鑒定每個樣方中的物種類別,同時記錄各物種個體數(shù)、高度等植物特征,并將個別物種采集標本帶回實驗室鑒定。采用環(huán)刀法在樣方中心采集0—10,10—20,20—40 cm土樣3個裝入鋁盒并稱鮮重。每個樣方另取一份土壤樣品帶回實驗室,撿出枯落物和根,自然風干,用1、0.25、0.15 mm直徑的土篩篩取土樣,進行土壤有機碳、速效氮、全氮、全磷、速效磷、pH、鹽分等的測定。

2.2 樣品測定

土壤樣品的pH值用酸度計(PHS-3C) 測定(水土比5∶1)；水溶性鹽總量用重量法測定(水土比5∶1)；有機碳(SOC)含量用重鉻酸鉀容量法-消煮法測定；全氮含量采用開式消煮法測定；全磷含量采用硫酸-高氯酸消煮法測定；速效氮采流動分析儀(SKALAR 8505)測定；速效磷含量采用雙酸浸提-鉬銻抗比色法測定[21]；土壤含水量和容重測定采用烘干法,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)境教育部重點實驗室完成,其他實驗都在西北師范大學(xué)土壤地理實驗室完成。

2.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)測得的土壤容重、pH、水分含量、全鹽量、有機碳、全氮、速效氮、全磷、速效磷以及野外記錄的植物個體數(shù)、高度等特征值,對不同區(qū)域濕地的典型植被和土壤特征進行統(tǒng)計分析。運用EXCEL進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理,運用SPSS 17.0均值比較T檢驗法進行差異性分析,運用Origin對處理后的數(shù)據(jù)制圖。

采用豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)來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=(相對高度+相對多度+相對蓋度)/3

相對蓋度=某種植物的蓋度/所有植物物種的蓋度之和

相對高度=某種植物的平均高度/所有植物平均高度之和

相對多度=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表征植物的生長狀態(tài)。總蓋度指樣方內(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)方式對植物的影響

3.1.1不同恢復(fù)方式對植物生長狀態(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)保護方式(95.62±2.51)(P<0.05),且恢復(fù)保護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為RP>RU>Nr,恢復(fù)保護方式與自然恢復(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)方式下的植被生長狀態(tài)Fig.2 Vegetation growth status in three wetland restoration methods誤差線為標準誤差；誤差線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)勢種分別為蘆葦、蘆葦、賴草。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誤差線為標準誤差；誤差線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)方式對土壤性狀的影響

3.2.1不同恢復(fù)方式對土壤水分含量、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誤差線為標準誤差；誤差線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,土壤有機碳量的分布規(guī)律均為RU>RP>Nr?；謴?fù)利用方式土壤有機碳含量顯著高于自然恢復(fù)方式和恢復(fù)保護方式(P<0.05),土壤有機碳含量分別為(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)保護方式無顯著差異(P>0.05)。

土壤全氮含量與土壤有機碳含量分布規(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)保護方式和恢復(fù)利用方式(P<0.05),恢復(fù)保護方式與恢復(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與有機碳相反(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)?；謴?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誤差線為標準誤差；誤差線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。這與國內(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,人為澆灌滿足植被生長的水源需求[26]。

物種多樣性是描述生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和持續(xù)性的一個指標[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)保護方式,三種恢復(fù)方式中恢復(fù)利用方式人為干擾相對較強,自然恢復(fù)方式適中,恢復(fù)保護方式干擾較弱,符合中度干擾假說[28]。張立敏等[29]認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)保護方式物種多樣性指數(shù)最低,正好符合這一觀點。

物種豐富度指數(shù)表現(xiàn)出與多樣性指數(shù)相同的特點,自然恢復(fù)方式物種豐富度指數(shù)最高,恢復(fù)保護方式物種豐富度指數(shù)最低。陳利項等[28]認為干擾是影響植物多樣性的因素。因此,這種現(xiàn)象出現(xiàn)可能是因為自然恢復(fù)方式干擾相對適中,而恢復(fù)利用方干擾較高式,恢復(fù)保護方式干擾較低。張立敏等[29]發(fā)現(xiàn)封閉管理會降低植物物種豐富度,因此,恢復(fù)保護方式物種豐富度指數(shù)低于恢復(fù)利用方式,可能是因為恢復(fù)保護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,易達到物種局不滅局或獨占所需。

3種濕地恢復(fù)方式對于植被的恢復(fù)都有一定的促進作用,自然恢復(fù)有助于維護物種多樣性,但對各物種植被的生長發(fā)育的促進作用不明顯。隔離恢復(fù)與自然恢復(fù)相反,對物種的生長發(fā)育有促進作用,但會影響物種多樣性?；謴?fù)利用方式介于二者之間,對物種多樣的發(fā)展有較好的促進作用,對物種多樣性的影響相對較低,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相關(guān)關(guān)系?；謴?fù)利用方式與恢復(fù)保護方式屬于人為恢復(fù)濕地,在濕地恢復(fù)過程中,恢復(fù)保護方式與恢復(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)保護方式pH最高。Feyisa等[31]認為人工恢復(fù)濕地有機碳含量增加會影響土壤中的陽離子,從而影響土壤pH值。本研究3種恢復(fù)方式中恢復(fù)利用方式有機碳含量最高,自然恢復(fù)方式最低,與pH的趨勢一致。因此,3種恢復(fù)方式pH值的差異可能是有機碳含量的差異導(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值會由酸性降為中性左右?；謴?fù)保護方式與恢復(fù)利用方式,特別是恢復(fù)利用方式,長期人為澆灌,土壤處于漬水狀態(tài),滿足還原反應(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)方式對土壤鹽分影響顯著,恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護方式土壤鹽分顯著低于自然恢復(fù)方式。田長彥等[33]認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)保護方式,是因為自然恢復(fù)方式缺少人為灌排導(dǎo)致。高進長等[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點。

4.2.2不同恢復(fù)方式下土壤有機碳、全氮、速效氮的變化

土壤有機碳、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,土壤有機碳、全氮呈現(xiàn)出恢復(fù)利用方式高于恢復(fù)保護方式,恢復(fù)保護方式高于自然恢復(fù)方式的特征。盡管恢復(fù)保護方式與自然恢復(fù)方式差異極小,但仍能夠反映人工恢復(fù)更有助于有機碳、全氮的積累。對比國內(nèi)外學(xué)者的研究,發(fā)現(xiàn)有類似的結(jié)果,Yu等[11]在研究美國人工恢復(fù)濕地后土壤碳氮恢復(fù)狀況時發(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)濕地土壤有機碳含量會顯著增加；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]指出土壤有機碳和氮含量取決于有機物的輸入與輸出量,在無人為碳氮輸入影響的環(huán)境中,土壤有機碳的輸入與輸出量主要取決于有機殘體歸還量和有機殘體的腐殖化系數(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體的歸還量和生物固氮的影響。白軍紅等[35]認為恢復(fù)淡水濕地中土壤粘粒含量、植物凋落物、土壤含水量、水位顯著影響有機碳和總氮的空間分布。Noe等[37]認為恢復(fù)濕地土壤氮素增減受植被生長狀況、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)保護方式。李曉東等[38]發(fā)現(xiàn)土壤速效氮與土壤pH之間呈負相關(guān)關(guān)系；王長庭等[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,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]認為濕地恢復(fù)中短期內(nèi)氮素會減少,然后受自然過程影響,隨時間變化緩慢增加。本研究中恢復(fù)利用方式與恢復(fù)保護方式濕地恢復(fù)年限較短,且經(jīng)常人工灌溉,較長時間處于漬水狀態(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

磷是植物生長發(fā)育的必要營養(yǎng)元素之一,在人類賴以生存的土壤-植物-動物生態(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。王長庭等[39]指出磷來源于土壤,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),磷會融于水中,隨著流水流失；尹煒等[42]認為,恢復(fù)濕地會促進濕地植被生長,從而吸收土壤中的磷,降低了土壤中的磷含量?；謴?fù)利用方式、恢復(fù)保護方式常有人為澆灌,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,從植被生長狀況看,恢復(fù)利用方式和恢復(fù)保護方式植被生長狀況良好,對磷的吸收優(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)與管理工作的開展。從植物多樣性保護和植物群落結(jié)構(gòu)維護的角度來看,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,卻因缺乏水源補給,促進了旱生植被的生長,不利于維護濕地物種多樣性,不滿足濕地恢復(fù)的要求。而恢復(fù)利用方式物種多樣性較高且優(yōu)勢物種為濕地植被,更有利于維護濕地物種多樣性。長期的隔離恢復(fù)不是土地可持續(xù)利用的恢復(fù)方法,因為恢復(fù)保護這種干擾極低的恢復(fù)方式對植物多樣性有負面的影響,而且其他的研究結(jié)果也表明了低干擾會降低植物物種多樣性[28,43]。從固碳和固氮角度來看,恢復(fù)利用方式這類有人為參與濕地恢復(fù)和管理的方式對土壤有機碳和總氮的積累是比較有效的[18,36]。從植被多樣性保護和土壤固碳、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)利用方式植被生長發(fā)育狀況顯著優(yōu)于自然恢復(fù)方式,良好的植被生長、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,有利于有機碳的保護和存儲?；謴?fù)利用方式有最高的有機碳和全氮含量,表明在研究區(qū)進行類似于恢復(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)保護方式有助于植被的生長繁殖?；謴?fù)利用方式下濕地各層土壤含水量、有機碳、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?shù)娜藶楣芾砜赡艹蔀楦珊祬^(qū)濕地恢復(fù)過程中提高物種多樣性的有效管理方法。濕地保護和恢復(fù)管理部門應(yīng)該仔細考慮其恢復(fù)目標,針對不同恢復(fù)目標制定不同濕地恢復(fù)方式。