水盐梯度对滨海湿地土壤质量的影响

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本文以胶州湾滨海湿地土壤为研究对象,设计室内模拟实验,探究土壤质量特性指标(理化指标、养分指标及生物性指标)在不同水盐梯度上的变化规律。在此基础上,选择3种土壤质量评价指数(加和土壤质量指数(SQIa),加权土壤质量指数(SQIw)和内梅罗土壤质量指数(SQIn)),在2个不同数据集(最小数据集(MDS)和总数据集(TDS))条件下,计算不同水盐梯度上的土壤质量指数值,进而分析水盐含量对土壤质量的影响;同时通过比较不同数据集和土壤质量评价指数下的评价结果,确定最优的数据集和指数方法。通过上述研究,以期为研究不同水盐梯度下滨海湿地土壤特性演变和土壤质量评价建立较为系统的分析和评价方法;揭示不同水盐梯度下,主要土壤理化、养分和生物等土壤质量特性指标的变化规律;同时,研究结果能为后期建立有效的胶州湾滨海湿地土壤和植被修复技术方法提供理论支撑。主要的研究结论如下:(1)土壤质量特性指标在水盐梯度上的变化具有规律性。土壤pH受含水量变化影响不明显,但随含盐量增加而显著降低,这与可溶性盐离子的代换作用及强酸性离子增加有关;土壤容重(BD)受含盐量变化影响不明显,随含水量增加表现出‘倒V’型的变化趋势,是土壤颗粒受水压力的不同造成的。土壤有机质(TOM)、氨氮(NH4+-N)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、蔗糖酶(SA)、脲酶(UA)、碱性磷酸酶(APA)均随土壤水梯度的增加表现为‘倒V’型的变化趋势,并且在30%水梯度时达到最高值,说明含水量过高和过低均会抑制土壤酶活性和生物化学反应过程的进行。TOM、AP、AK、SA、UA、APA均随土壤盐度梯度的增加而降低,土壤中过高的盐分会加速TOM的分解,抑制速效养分合成速率和酶活性的大小;而NH4+-N随盐分梯度的升高而增加,主要是因为盐分影响了硝化过程的进行。相关性分析发现土壤SA、UA、APA均与土壤养分含量具有一定的相关关系。SA与土壤TOM、AP、AK之间存在显著的正相关关系;APA与TOM、AP、AK、BD之间存在显著的正相关关系。(2)过高或过低的土壤含水量均会降低土壤质量水平;盐度增加也会使土壤质量降低。随水梯度增加,3个土壤质量指数(SQIa、SQIw和SQIn)均表现为‘倒V’型的变化趋势,且所有土壤质量指数在30%的含水量水平时达到最高,而在60%的含水量水平时表现为最低。导致60%含水量下土壤质量指数最低的主要原因是:在此条件下土壤养分指标含量和生物性指标活性较低,限制了土壤质量的增加;而含水量为30%时,各个土壤特性指标含量均表现出较高水平,因此总体土壤质量指数表现为最高。土壤盐度增加能够抑制土壤中养分可利用性和酶活性,从而降低土壤的质量水平,具体表现为SQIs值降低。在MDS中,3个主成分共同解释了原始数据72.23%的变异性,最终进入MDS的特性指标为SA、BD、UA和NH4+-N;每个特性指标在SQIa和SQIw中的贡献率随含水量和含盐量增加的变化趋势相同,指标贡献的变化趋势可以用指标平均值及线性评分函数解释。(3)不同水盐梯度条件下的土壤质量等级大都为中等(GradeⅢ)及以下,只有少部分样品土壤质量为I级。比较土壤质量等级在不同水梯度和不同盐度梯度中的变化差异,相比于盐分而言,土壤水分对土壤质量的影响更加强烈。(4)利用直接比较法和Kappa分析等方法,对基于不同土壤质量评价指数和数据集得到的土壤质量评价结果之间的差异进行了分析。结果表明,在3个土壤质量评价指数和2个数据集中,SQIw和TDS更适合应用于滨海湿地土壤质量评估。
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