1、LOW CARBON WORLD 2022/11洪泽湖湿地优势植物群落碳储量及保护策略研究杨国栋1，许志敏2，王云云2，王鹏程1，张明2（1.江苏省环境科学研究院江苏省环境工程重点实验室，江苏 南京 210036；2.江苏省泗洪洪泽湖湿地国家级自然保护区管理处，江苏 泗洪 223900）【摘要】为解决洪泽湖湿地土壤碳储和水体营养化的问题，通过对优势种群芦苇和荷花群落的植被、土壤进行研究，分析了洪泽湖湿地有机碳密度、储量和垂直分布特征以及水体营养化状况，提出了随着土壤剖面深度的增加，土壤中有机碳的含量在芦苇和荷花群落中均呈现降低趋势，土壤有机碳的容重单调递增，芦苇群落的土壤有机碳变化的幅度较荷花
2、群落更平滑；同时发现荷花和芦苇群落都处于富营养状态，但荷花群落的综合营养状态指数略大于芦苇群落且接近中度富营养临界值，建议恢复湿地水生植物群落的同时控制荷花群落的生长和扩散，构建完善的洪泽湖监测信息系统，以期更有效地保护江苏省的湖泊湿地。【关键词】洪泽湖；湿地；碳储量；水体营养化【中图分类号】Q948.8【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0016-030引言湿地被称为“地球之肾”，拥有物质生产、固碳、调节气候、降解污染物、调蓄水量、提供动物栖息地等众多生态功能的同时，还兼具生态教育功能和社会效益1。湿地可以分为湖泊湿地、海岸湿地、沼泽湿地等多种类型。其中，湖泊湿地
3、作为受人类活动影响最大的生态系统之一，已经引起了国内外生态学家的广泛关注，对于湖泊湿地碳储量和富营养化等生物地球化学循环过程的研究更是湖泊湿地科学研究的重中之重2。积水厌氧的环境导致湖泊湿地具有较低的有机质分解速率和较高的生产力，拥有巨大的碳储能力3。湖泊富营养化是湖泊水体在自然环境因子和人类活动的双重影响下，大量营养盐输入湖泊使水体逐步由生产力水平较低的贫营养状态向生产力水平较高的富营养状态变化的一种现象，人类活动的日益加剧会加快该演化过程4。因此，了解湖泊湿地碳储量及其分布结构和水体营养化程度对于制定科学合理的生态系统管理措施，以保证湖泊湿地生态系统物种及功能多样性具有重要意义。洪泽湖的生
4、态修复是江苏省生物多样性保护总体规划中的重要环节。本次实验于 2021 年 7 月在洪泽湖湿地区采集了两种优势植物芦苇和荷花，开展洪泽湖湿地土壤碳储量的调查与水体的富营养化研究，以期为洪泽湖湿地的恢复、保护及管理提供科学依据。1研究方法1.1研究区域概况洪泽湖湿地是唯一分布于北亚热带与暖温带气候过渡带上的大型浅水淡水湖泊湿地，孕育着十分独特的内陆淡水湿地生态系统5。湖区气候主要受季风环流支配，湖区四季分明，年平均气温 14.8，平均年降水量为 925.5 mm，年蒸发量为 1 592.2 mm。洪泽湖湿地主要植被类型是野生的芦苇和人工种植后扩散的荷花，在两种优势植物群落内各选择 10 个采样点
5、（每个采样点 4 个土层，共计 80 个土壤剖面），保证采样点间距大于 5 km。保护区内以芦苇、荷花为主的湿地生态系统如图 1 所示。1.2土壤样品的采集与处理土壤有机碳主要分布在土壤厚度 1 m 以内，其中有 60%的碳低于土壤厚度 30 cm，因此，本文以1.2 m 作为本次研究的采样深度。使用土钻环刀及容重钻等工具，按 030 cm、3060 cm、6090 cm、90120 cm 这 4 个深度分层采集土样，每层约 2 kg，经自然风干、研磨、过筛后进行土壤有机碳含量的测定。图1保护区内以芦苇、荷花为主的湿地生态系统节能环保16DOI:10.16844/10-1007/tk.2022
6、.11.056LOW CARBON WORLD 2022/11有机碳含量测定参照重铬酸钾外加热法。土样经重铬酸钾加热消煮后，将有机质中的碳氧化成二氧化碳的同时把重铬酸离子还原成三价铬离子，然后根据有机碳被氧化前后重铬酸离子量的变化，可算出有机碳和有机质含量。1.3水样的采集与处理透明度（SD）使用测深仪及塞氏盘现场测定。采集 1 L 水样带回实验室，分别使用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和钼酸铵分光光度法测定总磷（TP）和总氮（TN）浓度，采用高锰酸盐滴定法测定高锰酸盐指数（CODMn）。经玻璃微纤维滤纸滤膜（GF/C）滤膜过滤后的水样用热乙醇萃取分光光度法测定叶绿素 a（Chla，表征总藻含
7、量）。1.4统计分析土壤容重的测定参照环刀法。土壤有机碳密度及有机碳储量参照式（1）、式（2）。SOCDi=CiPiHi10-2；（1）SOCstorage=SOCDiS。（2）式中：SOCDi第 i 层土壤有机碳密度，kg/m2；Ci第 i 层土壤有机碳含量，g/kg；Pi第 i 层土壤容重，g/cm3；Hi剖面深度，cm；10-2单位转换系数；SOCstorage某种植被类型的土壤有机碳储量/kg；S某种植被类型面积/m2。综合营养状态指数公式如式（3）至式（8）所示。TLI（）=mj=1WjTLI（j）；（3）TLI（SD）=10（5.118-1.94ln XT）；（4）TLI（Chla
8、）=10（2.5+1.086ln XT）；（5）TLI（TN）=10（5.453+1.694ln XT）；（6）TLI（TP）=10（9.436+1.624ln XT）；（7）TLI（CODMn）=10（0.109+2.661ln XT）。（8）式中：TLI（）综合营养状态指数；m参数种类，在本文中 m=8；Wj第 j 种参数的营养状态指数的相关权重。本次研究中 SD、Chla、TN、TP、CODMn的权重分别为 0.183 4、0.266 3、0.179 0、0.187 9 和 0.183 4。TLI（）贫营养、中营养、富营养、轻度富营养、中度富营养和重度富营养状态的临界值依次为 30、40
9、、50、60 和 70 和 80。2研究结果2.1土壤有机碳含量水平及垂直变化洪泽湖湿地除 030 cm 层荷花的土壤有机碳与芦苇的土壤有机碳含量有显著差异（P0.05）差异。具体来看，在 030 cm 层，土壤有机碳含量表现为荷花（10.6560.912）g/kg芦苇（8.5260.583）g/kg；在 3060 cm 层，土壤有机碳含量表现为荷花（8.3081.029）g/kg芦苇（8.0090.720）g/kg；在6090 cm 层，土壤有机碳含量表现为荷花（7.0260.969）g/kg芦苇（6.7631.372）g/kg。在不同植被类型中，土壤有机碳含量的垂直分布规律相似，即 030
10、 cm 层土壤有机碳平均水平最高，随着土壤剖面深度的增加，土壤中有机碳的含量呈现降低趋势且逐渐稳定。荷花的有机碳含量（自11.568 g/kg 减少至 5.662 g/kg，降低了 5.906 g/kg）自030 cm 层至 90120 cm 层较芦苇的有机碳含量（自9.109 g/kg 减少至 5.391 g/kg，降低了 3.718 g/kg）降低幅度更大。不同植被类型的土壤有机碳在各土层深度的分配比例有较大差异，荷花 030 cm 层的土壤有机碳所占百分比最高，达到 32.14%；所占百分比最低的荷花土层是 6090 cm 层，是 21.19%。芦苇的土壤有机碳在各土层分配较为均匀。2.
11、2土壤有机碳储量估算不同植被类型的土壤有机碳密度存在显著差异（P0.05），随着土壤剖面深度的增加，土壤有机碳的容重单调递增。芦苇群落各土层的土壤平均容重及有机碳储量（90120 cm 层荷花群落碳储量11.100 g/kg 略高于芦苇群落 10.821 g/kg）均高于荷花群落。芦苇群落的土壤有机碳变化的幅度较荷花群落更平滑。本研究估算了洪泽湖湿地两种优势植被类型的土壤有机碳储量。其中，荷花群落土壤有机碳储量较小，不同土层深度的单位土壤有机碳量范围为 8.39411.100 g/kg，荷花群落的面积约为 66.987 km2，荷花群落有机碳总储量约为 2 867.60103 g/kg；芦苇群
12、落土壤有机碳储量较大，不同土层深度的单位土壤有机碳量范围约为 10.486 10.821 g/kg，芦苇群落的面积约为 71.365 km2，芦苇群落有机碳总储量约为2 744.48103 g/kg。2.3不同植被类型的水体营养化状况除荷花 SD（0.2840.631）g/kg 小于芦苇 SD（0.4430.977）g/kg 外，其他 4 项指标均是荷花大于芦苇。荷花 Chl（0.014 560.047 08）g/kg芦苇 Chl节能环保17LOW CARBON WORLD 2022/11（0.0040.027 g/kg，去除异常值 0.090），荷花 TN（2.0862.831）g/kg芦苇
13、TN（1.8942.642）g/kg，荷花 TP（0.0490.137）g/kg芦苇 TP（0.0520.089）g/kg，荷花 CODMn（3.8524.472）g/kg芦苇 CODMn（3.3374.259）g/kg。荷花和芦苇群落都处于富营养状态，但荷花群落的综合营养状态指数 TLI 略大于芦苇群落。3讨论3.1洪泽湖湿地土壤有机碳含量现状本研究测得洪泽湖湿地两种优势植物群落土壤有机碳含量为 6.76310.656 g/kg，低于鄱阳湖湿地的21.929.21 g/kg6。受 20 世纪 5070 年代“以粮为纲”等政策的影响，以及 20 世纪 8090 年代水产养殖及土地开发等经济利益
14、驱动，洪泽湖周边的湿地和滩地资源逐步丧失，虽然近年来洪泽湖保护区“退渔还湿”、航道疏浚等湿地保护措施初见成效，但原生复杂的湿地植物群落仍恢复缓慢。3.2洪泽湖湿地的管理建议3.2.1恢复湿地水生植物群落基于洪泽湖湿地的日常调查数据，其现有植物可以分为水生植物、湿生植物及中生植物 3 种生态类型，其中，水生植物 26 科 35 属 55 种，湿生植物22科 40 属 60 种，中生植物 31 科 159 属 221 种。除本文提到的荷花、芦苇是绝对的优势种群外，其他植物的丰度并不高，还有原产巴西的苋科莲子草属空心莲子草等入侵物种在洪泽湖湿地局部区域迅速生长繁殖、危害加剧，大量繁殖时会形成大面积的
15、单一群落，降低局部植物多样性，影响鸟类、鱼类等湿地生物栖息觅食，此外还会污染水质、堵塞巡护航道、降低湿地水系连通性。3.2.2合理控制荷花群落的生长和扩散在洪泽湖湿地的两种优势植物群落中，荷花群落碳储量和芦苇群落碳储量无显著差异，但荷花群落具有碳储量较少、不同土层分布不均匀等特点，且荷花群落的水体综合营养状态指数接近轻度富营养化临界值。为稳定及恢复洪泽湖湿地环境，需适当控制荷花的生长速度，例如，间伐荷花群落控制种群密度、挖取部分藕、设置适当隔离带防止物种扩散等，从而维持生态系统的稳定性。3.2.3构建洪泽湖监测信息系统湿地调查与监测是全面了解和掌握湿地变化、开展湿地保护和修复的前提和基础。湿地
16、生态站是开展湿地长期监测和野外试验的平台，对研究湿地生态系统过程与功能，揭示湿地变化机制具有重要作用7。建立生态保护红线，对湿地鸟类、鱼类、植物、底栖动物、两栖爬行动物等类群重点监控，实时跟进湿地生态系统的动态变化，并引导相关科学研究进展。4结语近年来，日益增多的人类活动加大了对湿地的破坏程度，导致湿地环境不容乐观，湿地面积骤减，使得生态系统部分功能无法体现，因此对湿地生态系统碳储能力方面的相关研究显得尤为重要。本文选取洪泽湖湿地中典型植物群落作为研究对象，通过样品采集及实验数据分析，对湿地典型植物群落碳储能力及影响因子进行分析，并提出相关管理建议，为加强湿地的生态修复工作与环境治理提供参考依据。参考文献1 高璐，商颖.浅谈湿地在生态环境修复中的作用J.资源节约与环保，2022（7）：28-31.2 陈玲，王中良.碳同位素在湿地碳循环研究中的应用及进展J.生态学杂志，2012，31（7）：1862-1869.3 胡启武，吴琴，刘影，等.湿地碳循环研究综述J.生态环境学报，2009，18（6）：2381-2386.4 吕笑天，吕永龙，宋帅，等.气候变化与人类活动双重驱动的冷水湖泊富营养化