乌梁素海芦苇枯落物分解动态及营养元素释放研究

文章编号:1009-6094(2016)05-0364-07乌梁素海芦苇枯落物分解动态及营养元素释放研究*魏江明1，王立新1，2，刘东伟1，刘华民3，清华1，王炜3，梁存柱2，3(1内蒙古大学环境与资源学院，呼和浩特010021;2中美生态、能源及可持续性科学内蒙古研究中心，呼和浩特010021;3内蒙古大学生命科学学院，呼和浩特010021)摘要:乌梁素海是内蒙古高原干旱区最典型的浅水草型湖泊，湖滨带芦苇分布广袤，其收割方式是在冬季湖泊结冰后将冰面上芦苇收割，冰面下芦苇则留存在水中，而水下部分的分解是造成湖泊生物淤积的重要原因，且分解过程中营养元素的释放亦加剧了湖泊富营养化。通过分解袋法研究了湖泊水面下芦苇枯落物的分解动态及营养元素的释放过程，并探讨了芦苇枯落物分解的影响因素。结果表明:1)芦苇枯落物分解270d后质量残留率为52.44%，分解速率常数为0.00268d－1，其分解50%需要0.83a，分解95%需要3.19a;2)芦苇枯落物分解过程中，N元素的分解状态呈现释放-分解-再释放的规律，P元素和C元素均处于持续释放的分解状态;3)芦苇枯落物分解期间，分解速率和营养元素含量动态受枯落物自身质量和环境因子共同影响，且环境因子(温度、溶解氧、pH值)与芦苇枯落物分解速率及元素释放动态相关性显著。研究表明，芦苇枯落物分解释放大量营养物质，对湖泊富营养化有一定的贡献，要进一步加强芦苇植物的收割以减轻植物腐烂分解对湖泊造成的二次污染，减少生物淤积作用。关键词:环境科学技术基础学科;枯落物分解;N元素;P元素;生物淤积;乌梁素海;芦苇中图分类号:X171．1文献标识码:ADOI:10.13637/j．issn．1009-6094.2016.05.069*收稿日期:2014-12-01作者简介:魏江明，硕士研究生，从事环境生态学研究;王立新(通信作者)，教授，博士，从事环境生态学研究，Lx_wimu@163．com。基金项目:国家自然科学基金项目(31560146);国家科技支撑计划项目(2011BAC02B03);内蒙古应用研发项目(20110522)0引言湖泊水生植物枯落物的分解过程影响着枯落物的淤积以及营养元素向水体和底泥的释放，进而影响湖泊的富营养化进程［1-2］。枯落物分解过程要经历一列物理化学变化，如淋溶、腐烂、营养成分的微生物固定等过程［3］，影响分解因子众多，包括环境因子(如温度、pH值、营养元素等)［4-6］、生物因子(如微生物和浮游生物)［7］，以及分解物自身特性［8］。目前，国外学者已对湖泊枯落物的分解过程［9-11］、营养动态［12-14］及影响因素［15-17］等展开了大量研究。Gessner［18］、Park［19］等分别研究了湖泊和水库分布的芦苇和茭白枯落物的分解和养分动态，而且Park等［19］研究还涉及水生植物枯落物淋溶对水体富营养化的影响。国内学者的研究热点主要集中在沼泽湿地，如刘白贵［20-21］、张林海［22］、张文娟［23］等对闽江河口湿地芦苇、短叶茳芏、互花米草等枯落物分解速率、元素动态、能量动态、枯落物元素组成，以及环境温度、水分条件等因素对分解过程的影响进行了研究。乌梁素海是内蒙古高原干旱区最典型的浅水草型湖泊，作为河套灌区排灌水系的重要组成部分，是区域农田退水、工业污水和生活废水的唯一承泄渠道，对河套灌区节水灌溉工程正常运行和盐碱化控制起着关键性作用［24］。但与此同时，大量营养物质的排入使得乌梁素海湖泊富营养化、沼泽化和生物淤积现象严重。乌梁素海湖泊湖滨带芦苇分布面积达118.97km2，其收割是当地社会经济发展的重要依赖。然而，芦苇的收割方式是冬季湖泊结冰后将冰面上芦苇收割，冰面下芦苇则留存在水中。在水下部分芦苇的分解是造成湖泊生物淤积的重要因素，其分解过程中营养元素的释放亦加剧了湖泊富营养化。因芦苇及水草等植物残骸腐烂沉积，20世纪50年代以来湖底累计沉积厚度已达360mm，目前腐烂水草正以每年9～13mm的速度在湖底堆积［25］，如此高的淤积速率正加速着乌梁素海的湖泊衰亡。鉴于此，本文采用分解袋法进行原位分解模拟，对乌梁素海湖滨带芦苇(Phragmitesaustralis(Cav．)Trin．exSteudel)枯落物分解动态及营养元素释放规律进行较为全面的研究，从而为湖泊水体富营养化防治及水生植物资源可持续利用提供依据。1研究区概况与研究方法1.1研究区概况乌梁素海地处40°36'—41°03'N、108°43'—108°57'E之间，处于黄河河套平原末端，西临河套灌区，东靠乌拉山西麓。湖区呈东西窄、南北长的狭长形状，其中东西距离5～10km，南北距离35～40km，沿湖岸线约135km，蓄水量2.5～3.3亿m3。湖泊深度多数区域在0.5～2.5m，多年平均水深为0