滨海不同生境湿地土壤有机碳官能团特征与其影响因子

2024年2月15日发(作者：那时年少)

《应用与环境生物学报》 Chin J Appl Environ Biol Doi: 10.19675/.1006-687x.2020.11047



滨海不同生境湿地土壤有机碳官能团特征及其影响因子李召阳 刘 晟 刘嘉元 李德生 刘福德**

天津理工大学环境科学与安全工程学院 天津 300384

摘 要 近年来，围填海等滨海湿地的开发和利用活动较为频繁，造成滨海湿地土壤有机碳储量和分布格局不断发生变化，这对正确评估滨海湿地应对人为干扰的能力及制定合理的可持续发展对策是一种挑战。以天津、东营和昌邑滨海地区的潮上带和潮间带湿地为研究对象，采用傅里叶红外光谱法研究不同生境滨海湿地土壤有机碳官能团的组成与数量特征，并结合理化性质的变化揭示土壤有机碳官能团的影响因子。结果显示，东营、天津和昌邑湿地土壤有机碳官能团类型大致相同，其中糖类、脂肪类、氨基酸和酚类占比较大，芳香烃、苯类和酮类占比较小。虽然不同地点滨海湿地的土壤有机碳官能团结构大致相同，但东营与天津湿地土壤各吸收峰强度显著大于昌邑湿地（P < 0.05）。主成分分析结果表明前2轴累计解释了79.6%的土壤有机碳官能团的变化，表明上述官能团能够反映滨海湿地土壤有机碳的分布特征。研究同时发现东营和昌邑滨海潮间带与潮上带湿地的土壤样品区分度较高，潮上带湿地土壤中属于疏水基团的烯烃类、酮类、苯系物和芳香化合物的吸收峰强度与相对峰面积显著大于潮间带，但天津采样点距离河口较近，淡咸水的交替作用使潮间带与潮上带区分并不明显。蒙特卡洛检验结果表明土壤总磷（P = 0.002）、有机碳（P = 0.002）、总碳（P = 0.002）、总氮（P = 0.004）、pH（P = 0.006）和盐度（P = 0.03）对土壤有机碳官能团的数量分布均有显著影响，但土壤总磷含量的解释量最高，达到了39.7%。综上，滨海湿地土壤有机碳官能团结构不随地点和生境发生变化，但其数量特征受植被生长和土壤理化性质影响显著，各理化性质中土壤总磷含量是影响滨海湿地土壤有机碳官能团数量分布最大的驱动因子，该发现对于氮磷输入比例日益增加的河口海岸湿地及近海水域富营养化的修复与治理尤为重要。图4 表3 参33

关键词 滨海湿地；生境类型；有机碳官能团；红外光谱分析；冗余分析

The characteristics and influencing factors of soil organic carbon functional

groups in coastal wetlands with different habitats

LI Zhaoyang, LIU Sheng, LIU Jiayuan, LI Desheng & LIU Fude**

School of Environmental Science and Safety Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China

Abstract

In recent years, the frequent development and utilization of coastal wetlands such as reclamation resulted in continuous

changes in the storage and distribution pattern of soil organic carbon in coastal wetlands. It is challenging to evaluate the ability of

coastal wetlands to cope with human disturbance and formulate sustained development countermeasures. Here, the characteristics of

soil organic carbon quantity and composition in supratidal and intertidal wetlands in coastal regions of Tianjin, Dongying and

Changyi were studied by Fourier transform infrared spectroscopy. They were also linked to the physical and chemical properties to

reveal the influencing factors of soil organic carbon functional groups. Results showed that the types of soil organic carbon

functional groups in Dongying, Tianjin and Changyi wetlands are almost identical, which mostly belonged to sugars, lipids, amino

acids and phenols, and a few of them belonged to aromatic hydrocarbons, benzene and ketones. The types of soil organic carbon

functional groups were similar in three coastal wetlands, but the intensity of absorption peak of functional groups in Dongying and

Tianjin wetlands were significantly higher than Changyi (P < 0.05). Principal component analysis showed that the first two axes

cumulatively explained 79.6% of the variations in soil organic carbon functional groups, indicating that the functional groups could

reflect the distribution characteristics of soil organic carbon in coastal wetlands. Results also suggested significant differentiation of

soil samples between intertidal and supratidal wetlands in Dongying and Changyi, i.e., the absorption peak intensity and relative peak

area of olefins, ketones and aromatic hydrocarbons which belong to hydrophobic grouping were significantly higher in supratidal

收稿日期 Received: 2020-11-21 接受日期 Accepted: 2021-01-31

国家自然科学基金项目（41303057）和天津市应用基础与前沿技术研究计划项目（14JCYBJC23000）资助 Supported by the National Natural Science

Foundation of China (41303057) and the Tianjin Rearch Program of Application Foundation and Advanced Technology (14JCYBJC23000)

**通讯作者 Corresponding author (E-mail: lfdsy@)

wetlands than intertidal wetlands. However, the sampling site in Tianjin is clo to the estuary, and the alternate action of fresh water

and awater resulted in no difference between intertidal and supratidal zones. The results of Monte Carlo test showed that soil

phosphorus (P = 0.002), organic carbon (P = 0.002), total carbon (P = 0.002), nitrogen (P = 0.004), pH (P = 0.006) and salinity (P =

0.03) had significant effects on the amount distribution of soil organic carbon functional groups, and the soil phosphorus had the

highest explanation of 39.7%. In conclusion, the structure of soil organic carbon functional group in coastal wetlands does not change

with the variation of location and habitat, but the quantitative feature is affected by vegetation growth and the physical and chemical

properties of soil significantly. Among the physical and chemical properties, the content of soil phosphorus is the biggest driving

factor affecting the amount distribution of soil organic carbon functional groups in coastal wetlands. The results are particularly

important for the restoration and treatment of eutrophication in estuarine and coastal wetlands and offshore waters, where the

proportion of nitrogen and phosphorus input is increasing.

Keywords coastal wetland; habitat type; organic functional group; infrared spectrum analysis; RDA

滨海湿地是介于陆地和海洋之间的重要生态系统，受到水盐胁迫及海陆作用的影响，其生物地球化学循环过程比较复杂。且近年来随着经济的发展，海岸线的开发和利用较为频繁，滨海湿地面积萎缩严重，对滨海湿地的保护与修复迫在眉睫。滨海湿地修复的关键在于恢复土壤的生态功能，而土壤生态功能中关键固碳过程及其稳定性变化可通过有机碳组成结构，即土壤有机碳官能团特征的变化来反映。土壤有机碳官能团是决定有机化合物化学性质的原子或原子团[1]，其可以使土壤表现出离子交换、对金属离子的络合作用、氧化还原性及生理活性等特征[2]。由于土壤有机碳官能团的组成与土壤有机碳的分解密切相关[3]，通过分析湿地土壤有机碳官能团种类与数量的变化，可以揭示湿地土壤腐殖化与矿化过程中有机碳的时空演变规律，进而可以辨识或预测土壤环境质量及生态修复潜力。

近年来，土壤有机碳官能团组成与结构的研究越来越广泛，多集中在森林、草地、农田等陆地生态系统[4-10]。比如李婷等[8]研究发现，植被恢复能促进不同层次土壤中脂肪-C、酮-C含量的增加，且随着恢复时间的延长促进作用增强。苏冬雪等[10]研究发现，可溶性有机物中芳香性及疏水性官能团的比例、分子量大小均不受植物生长时间及土壤深度的影响，但这类官能团参数随着土壤可溶性有机碳含量的增加而下降。随着研究的不断深入，滨海湿地土壤有机碳官能团特征的报道亦有企及，例如李哲等[11]对黄河三角洲不同盐沼群落的土壤有机碳、可溶性有机碳官能团特征进行了剖析，发现盐沼土壤官能团结构以醇酚类和芳烃类为主，还包括脂肪族、烯烃、卤代烃和仲酰胺等类型，其中惰性碳含量在盐地碱蓬群落中含量最高，而在芦苇群落中含量最低。孙慧敏等[12]发现，河口海岸带互花米草的入侵显著增加了表层土壤有机碳中烷基碳/烷氧碳的含量，而降低了芳香碳与酚基碳的含量。

上述研究在一定程度上推动了我们对滨海湿地有机碳官能团类型及其空间分布规律的认识和理解。但我们也清醒的认识到相对于森林、草地和其他类型湿地，滨海湿地受气候变化的影响更为显著，胁迫因子之间的交互作用也更复杂，这对我们正确评估其应对气候变化的能力及制定合理的可持续发展对策是一种挑战。本研究以位于渤海海岸带的天津、东营、昌邑三地的潮上带和潮间带湿地为研究对象，研究不同生境条件下滨海湿地土壤有机碳官能团的组成与数量特征，并结合理化性质的变化揭示土壤有机碳官能团的影响因子，为气候变化影响下滨海湿地保护与修复提供理论和数据支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本论文涉及的研究区域属于渤海西海岸的滨海湿地类型区，采样点自南向北分别位于山东省东营市、山东省昌邑市以及天津市境内，各采样点所在区域的自然概况如下：

昌邑市位于山东半岛西北部，潍河下游，莱州湾畔，本研究选取的实验样地位于昌邑国家级海洋生态特别保护区内，采样点具体位置为东经119°23'-119°23'30″，北纬37°03'-38°07'。昌邑气候类型是温带半湿润季风区大陆性气候，年降水量为580-660 mm，年平均蒸发量为1 764-1 859 mm，平均气温12.9 ℃左右，无霜期195-225 d。

东营市位于山东省北部黄河三角洲腹地，东营东部和北部濒临渤海，西与滨州市毗邻，南与淄博市、潍坊市接壤。本研究选取的实验样地位于河口海岸湿地保护区内，采样点具体位置为东经118°15'-119°19'，北纬37°24'-38°10'。东营属暖温带季风型大陆性气候，多年平均气温12.8 ℃，全年平均日照时数2 728.5 h，多年平均年降水量为556 mm，多年平均蒸发量为1 885 mm。

天津位于环渤海中心位置，天津滨海新区地处华北平原北部，位于山东半岛与辽东半岛交汇点上、海河流域下游，渤海

湾顶端，濒临渤海，北与河北省丰南县为邻，南与河北省黄骅市为界。本研究选取的研究地点正处于滨海新区，具体位置位于东经117°20'-118°00'，北纬38°40'-39°00'。天津属于暖温带季风性大陆气候，并具有海洋性气候特点，全年平均气温13.3 ℃，年平均降水量566 mm，年平均蒸发量1 500 mm。

1.2 样品收集与处理

样品采集于2014年8月，在每个研究区域沿垂直海岸带方向设置12个采样点（潮间带和潮上带湿地各6个），各采样点之间的距离为50 m，每个样点设置1 m×1 m的样方，采集样方内表层土壤样品。土壤样品的采集按照对角线法在每个样方中选取5个点（4个角和样方中心），采用土壤采集器收集表层土壤样品，将土壤样品混合后放入密封袋封装保存，之后带回实验室风干。将风干后的土壤样品使用球磨机进行粉碎后过100目筛，将过筛后的土壤样品保存在塑料样品瓶中备用。

1.3 土壤有机碳官能团与理化性质的测定

傅里叶红外光谱仪（FTIR）析：将通过100目筛的每个平行样品与溴化钾（KBr）置入玛瑙研钵在红外灯下充分混合研磨，在15 Mpa的压力下保持1 min制成压片，压好的薄片以纯KBr压片作为背景使用傅里叶红外光谱仪（Frontier，美国）扫描，分辨率1 cm-1，累积扫描16次。所有实验中每个样品均设置3组重复。

土壤碳、氮的测定：采用元素分析仪（Varro-EL Ⅲ，德国）测定土壤样品的碳、氮含量。称取2-3 mg样品并用锡箔纸包裹，确保锡箔纸不漏样品后放入元素分析仪，经仪器分析后得到碳、氮数据。

土壤磷的测定：采用ICP-OES（VISTA-MPX，美国）测定土壤样品中的磷含量。准确称取0.15 g样品到消解管中，土壤加入10 ml硝酸-氢氟酸（9:1），植物加入10 ml硝酸，盖上盖子后在160 ℃下消解2 h，赶酸，冷却，定容后上机检测。

土壤pH的测定：采用pH计（Delta320，瑞士）测定。

土壤盐度的测定:采用残渣烘干法测定（土壤：水 = 1：5）。

土壤有机碳的测定：采用重铬酸钾容量法-外加热法测定[13]，在外加热的条件下（油浴温度为180 ℃，沸腾5 min），用标准浓度的重铬酸钾-硫酸溶液氧化土壤有机碳，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁滴定。

1.4 数据处理

FTIR吸收图谱应用Originpro2019b软件进行分析，选基线（吸收峰谷底的连线），对每个官能团特征峰进行面积积分[14]，应用Excel2003计算每个官能团吸收峰面积占样品所有官能团吸收峰总面积百分比，取平行样平均值。土壤理化性质的计算与绘制同样使用Excel2003与Originpro2019b。运用SPSS软件进行ANOVA分析及LSD test，分析不同生境湿地土壤有机碳官能团与其对应的理化性质的分布差异；在Canoco4.5软件进行主成分分析（PCA）以及冗余分析（RDA）以进一步分析不同生境湿地土壤有机碳官能团的定性差异和土壤理化性质对官能团的影响。

2 结果与分析

2.1 不同生境湿地土壤有机碳官能团分布特征

FTIR测定结果显示不同生境湿地土壤有机碳官能团红外吸收光谱中出现的吸收峰共有12个，波数分别为3 621、3 440、2 516、2 361、1 870、1 798、1 646、1 438、1 029、874、777、690 cm-1，通过查阅文献[15-21]对这些吸收峰进行指认归属（表1）。

表1 不同生境滨海湿地FTIR光谱官能团归属

Table 1 FTIR spectroscopic functional group assignment of coastal wetlands in different habitats

波长 Wave number (cm-1)

3621

3440

2516

2361

1870

1798

1627

1438

1029

ν(O-H)

ν(O-H), ν(N-H)

ν(X-H,

ammonium salt), ν(O-H) of carboxyl group

-C=C=C, -C=C=O

benzene derivatives, methyl-C, keto-C

keto-C

dilute hydrocarbon-C, aromatics-C, carbonyl-C

δ(CH3,CH2)

of fat-C, phenol ν(O-H)

ν(Si-O), ν(C-O-C)

of ester group, ν(C-O)

of polysaccharides

结构归属 Structure attribution 吸收峰强 Absorption peak strength

m

m, br

w, sh

br

v, w

v, w

w

s

v

874

777

690

β(CO32-)

=C-H, ν(C-Cl), β(CO32-)

aromatic γ(C-H), olefin C=C

m, sh

m

w

v：周期性变化；w：弱；m：中等强度；s：强；sh：肩吸收；br：宽吸收. ν：伸缩振动；β：面内弯曲振动；γ：面外弯曲振动；δ：变形振动。

v: Periodic change; w: Weak; m: Medium strength; s: Strong; sh: Shoulder absorption; br: Wide absorption. ν: Stretching vibration; β: Inplane bending vibration;

γ: Out-of-plane bending vibration; δ:

Deformation vibration.

图谱显示，东营和天津滨海湿地土壤中存在的官能团种类基本一致，但部分吸收峰吸光度的强弱存在差异，而昌邑滨海湿地土壤不存在874 cm-1的吸收峰（图1）。天津湿地土壤在2 361 cm-1处的-C=C=C、-C=C=O，1 029 cm-1处的ν(Si-O)，酯基ν(C-O-C)，多糖ν(C-O)的吸收峰显著高于其他地点的湿地（P<0.05），东营湿地土壤在1 870、1 798、1 646、874、777和690 cm-1（苯衍生物、甲基-C、酮-C、稀烃-C、芳烃-C、羰基-C、β(CO32-)、=C-H、ν(C-Cl)、芳香族γ(C-H)、烯烃C=C）处的吸收峰显著高于其它地点的湿地（P < 0.05）。通过对比潮间带和潮上带土壤的吸收峰强度可看出，东营和天津潮上带土壤在1 870 cm-1，1 798 cm-1和690 cm-1处对应官能团（分别为苯衍生物、酮-C、甲基-C、烯烃C=C和芳香族C-H）的吸收峰强度显著高于潮间带。

0.80.6 昌邑潮间带 Changyi intertidal zone

昌邑潮上带 Changyi supratidal zone 东营潮间带 Dongying intertidal zone

东营潮上带 Dongying supratidal zone 天津潮间带 Tianjin intertidal zone 天津潮上带 Tianjin supratidal zone1029吸光度

Absorbance0.4236114388740.23621344025160.波数Wave number500

图1 不同生境滨海湿地的FTIR吸收峰.

Fig. 1 FTIR absorption peaks of coastal wetlands in different habitats.

为了定量研究不同生境湿地官能团质量的差异，计算了FTIR光谱中主峰的相对峰面积（一个峰的面积除以所有考察峰的面积之和），见表2。不同生境湿地土壤中，3 621、3 440、2 361、1 438、1 029和777 cm-1处的吸收峰最明显且其相对峰面积较大，这些吸收峰对应的官能团主要属于糖类、氨基酸、脂肪、酚类化合物等有机质和硅酸盐矿物。而剩余2 516、1 798、1 646、874和690 cm-1处的相对峰面积较小，对应的官能团是与苯类相关的官能团（苯衍生物、芳烃-C、芳香族C-H、酚-OH）和酮-C为主，以及可能来自氨基酸和多糖的N-H、O-H、C-H的伸缩振动和β(CO32-)。

表2

红外光谱中主峰的相对峰面积

Table 2 The relative peak area of the main peak in the infrared spectrum

湿地类型 Wetland type

波长

Wave number

东营潮间带

zone

690 cm-1

777 cm-1

0.61 ± 0.59d

2.14 ± 0.36cd

东营潮上带

zone

0.78 ± 0.34d

2.75 ± 0.02c

天津潮间带

zone

0.98 ± 0.12cd

1.47 ± 0.14d

天津潮上带

zone

1.05 ± 0.57cd

1.73 ± 0.69d

昌邑潮间带

zone

1.88 ± 0.08b

3.78 ± 0.98b

昌邑潮上带

zone

2.29 ± 0.08a

4.49 ± 0.30a

Dongying intertidal Dongying supratidal Tianjin intertidal Tianjin supratidal Changyi intertidal Changyi supratidal

874 cm-1

1029 cm-1

1438 cm-1

1646 cm-1

1798 cm-1

1870 cm-1

2361 cm-1

2516 cm-1

3440 cm-1

3621 cm-1

1.96 ± 0.10b

46.19 ± 1.08b

18.20 ± 1.19a

4.53 ± 0.54bc

0.81 ± 0.11d

1.33 ± 0.23d

1.73 ± 0.21c

0.34 ± 0.06b

15.39 ± 1.30c

6.77 ± 0.99c

2.04 ± 0.06b

39.97 ± 0.72c

9.11 ± 6.14c

7.66 ± 3.23a

2.74 ± 2.66c

3.46 ± 0.69c

1.30 ± 0.34c

0.36 ± 0.05b

25.11 ± 2.54a

4.72 ± 0.71d

1.55 ± 0.07c

43.28 ± 1.38bc

13.47 ± 0.36b

4.65 ± 0.38bc

0.78 ± 0.09d

1.21 ± 0.16d

4.77 ± 0.95b

0.36 ± 0.08b

16.50 ± 1.48c

10.97 ± 0.92a

1.45 ± 0.32c

41.94 ± 1.21c

14.99 ± 0.17ab

4.99 ± 0.49b

0.83 ± 0.21d

1.30 ± 0.49d

5.94 ± 0.74a

0.37 ± 0.004b

14.46 ± 2.38c

10.93 ± 0.50a

—

38.88 ± 1.73d

2.07 ± 0.65d

2.47 ± 0.06c

5.10 ± 1.40b

6.82 ± 2.46a

3.77 ± 0.95b

6.44 ± 1.12a

20.91 ± 0.58b

7.89 ± 0.20bc

—

39.25 ± 4.12bc

3.43 ± 2.57d

4.88 ± 0.25bc

9.51 ± 0.31a

10.10 ± 0.31b

4.95 ± 0.21b

0.37 ± 0.13b

13.41 ± 2.22c

7.31 ± 1.02bc

表中给出了平均值和标准差；字母表示不同生境湿地之间的显著差异；用LSD检验的方差计算显著性差异（P < 0.05，N = 3），从最高值到最低值进行标记；“—”表示样品中不存在此类峰。

The average and standard deviation are given in the table; the letters indicate the significant differences between wetlands in different habitats; the variance of

the LSD test is ud to calculate the significant difference (P < 0.05, N = 3), from the highest value to the lowest value; "—" means there is no such peak in the

sample.

2.2 不同生境湿地土壤有机碳官能团主成分分析

本研究应用主成分分析（PCA）法对不同生境湿地土壤FTIR峰面积积分数据进行分析，研究东营、天津和昌邑滨海湿地土壤有机碳官能团之间的定性差异。分析结果表明，第一主成分（PC1）解释了不同土壤的12个光谱指标的60.6%的方差，第二主成分（PC2）解释了12个光谱指标的19.0%的方差（图2）。从图可以看出，昌邑各点在PC1上为正半轴，而东营和天津各样点分布在PC1负半轴，区分明显。3 621、1 798、1 438和874 cm-1处的相对峰面积具有较强的负权重，2 361、1 870和690 cm-1的峰面积在轴1上具有较强的正权重，这些官能团有助于区分不同生境湿地的土壤特征。东营和天津在PC2的相反象限也被区分开来，由于PC2仅解释了19.0%的变化，所以二者差异较小。

1.0东营潮间带Dongying intertidal zone东营潮上带Dongying supratidal zone天津潮间带Tianjin intertidal zone天津潮上带Tianjin supratidal zone昌邑潮间带Changyi intertidal zone

昌邑潮上带Changyi supratidal zone23613621PC2

(19.0%)69-1.0-1.5PC1 (60.6%)1.5

图2 不同生境滨海湿地的FTIR峰面积积分的双点主成分分析.

Fig. 2 PCA of FTIR peak area integration of coastal wetlands in different habitats.

2.3 不同生境湿地的土壤理化性质

分析结果显示，天津、昌邑滨海湿地土壤的pH为8.23-8.49显著高于东营（7.49-7.58）（图3a，P < 0.05）。东营和昌邑潮间带土壤盐度分别为1.24 mg/g、0.71 mg/g显著高于潮上带0.65 mg/g、0.03 mg/g（图3b，P < 0.05），而天津则呈现是潮间带显著低于潮上带，造成此现象是因为天津潮间带采样点位于河口位置，河流与海洋交汇，淡水咸水交替降低了此处的土壤盐度。天津、昌邑滨海湿地土壤氮含量范围为0.42-0.65 mg/g显著高于东营0.18-0.35 mg/g，且东营和天津潮间带土壤氮含量显著高于潮上带（图3c，P < 0.05）。东营和天津滨海湿地土壤的磷含量为0.43-0.61 mg/g，土壤总碳含量为10.3-20.1 mg/g，土壤有机碳含量为7.2-17.3 mg/g；而昌邑湿地土壤的磷含量为0.35 mg/g左右，土壤总碳含量为6.1 mg/g左右，有机碳含量为5 mg/g左右，均显著低于东营和天津两地（图3d、图3e、图3f P < 0.05）。

10aAaA8bA 东营DongyingaA 天津TianjinaA 昌邑ChangyibAaA2.00.70.6aAaBbAbBcASalinity

(mg/g)6aAaBTN（mg/g）1.50.50.40.30.2pH41.0bAbBcB20.5cB0.10.000.0潮间带Intertidal zone 潮上带Supratidal zone潮间带Intertidal zon潮上带Supratidal zone潮间带Intertidal zone 潮上带Supratidal zoneabaA20aAbB2016128cA40bAaBcaA0.6bA0.5bBcAaAaATP（mg/g）0.40.30.2cAbB10cA5cASOC（mg/g）TC（mg/g）15bBcA0.10.00潮间带Intertidal zone 潮上带Supratidal zone潮间带Intertidal zone 潮上带Supratidal zone潮间带Intertidal zone 潮上带Supratidal zoned表潮间带与潮上带差异显著。

ef

图3 不同生境滨海湿地的土壤理化性质。数据为平均值±标准误差，不同小写字母代表东营、天津和昌邑之间差异显著；不同大写字母代Fig. 3 Soil physical and chemical properties of coastal wetlands in different habitats. Data are means ± SE. Different lowerca letters

reprent significant differences between Dongying, Tianjin and Changyi; different capital letters reprent significant differences between intertidal zone and

supratidal zone

2.4 土壤理化性质对不同生境湿地土壤有机碳官能团的影响

本研究采用冗余分析（RDA）方法研究土壤理化性质这组变量与不同生境湿地土壤有机碳官能团之间的关系。为了获得更准确的结果，首先需要对5个土壤理化性质进行蒙特卡洛检验并排序，结果显示土壤理化性质对土壤有机碳官能团影响的重要值（F）的顺序为土壤磷>土壤有机碳>土壤总碳>土壤氮>土壤pH>土壤盐度（表3）。其中，土壤总碳、有机碳、氮、磷、pH的显著性均达到P < 0.01水平，土壤盐度达到P < 0.05水平。本研究涉及的土壤理化性质对FTIR峰面积的解释量分别为39.7%、38.5%、28.6%、20.7%、13.5%、9.3%，表明本研究中6种土壤理化性质均能显著影响土壤有机碳官能团的整体分布特征。

表3 土壤理化性质解释FTIR峰面积的重要性排序

Table 3 Soil physicochemical properties explain the importance of FTIR peak area

土壤理化性质

Soil physical and chemical properties

TP

SOC

重要性排名

Importance ranking

1

2

解释量(r/%)

Interpretation

39.7

38.5

F

22.366

21.287

P

0.002

0.002

TC

TN

pH

Salinity

3

4

5

6

28.6

20.7

13.5

9.3

13.594

8.853

5.293

3.489

0.002

0.004

0.006

0.03

RDA分析中环境参数对FTIR峰面积积分参数的影响用箭头表示，箭头的长度与其重要性成正比。RDA结果显示（图4），不同生境湿地中FTIR峰面积在轴1、2的解释量分别为66.7%和21.6%，即6种土壤理化性质前2个排序轴累计解释了88.3%。由此可得，RDA1、2两轴能够反映不同生境湿地官能团分布特征与土壤理化性质的绝大部分信息，且主要由轴1决定。土壤磷、土壤有机碳、总碳和氮含量箭头的连线较长，表明它们是土壤有机碳官能团特征中影响较大的环境因子，其次为土壤pH和盐度。

2(21.6%)TC.2516.690.1029.01438874·..1870777..-0.6.1.0

-1.0RDA1 (66.7%)图4 土壤理化性质与不同生境湿地FTIR峰面积的冗余分析.

Fig. 4 RDA of soil physicochemical properties and FTIR peak areas of coastal wetlands in different habitats.

3 讨 论

土壤的主要成分之一是硅酸盐矿物（砂粒以原生硅酸盐为主，粘粒以次生硅酸盐为主），因此Si-O是土壤中含量最多的官能团[22]，而本研究中1029 cm-1处Si-O官能团相应地的吸收峰强度与相对峰面积（38.88-46.19）最大也证实了上述观点。不同生境湿地在1029 cm-1处Si-O官能团的差异状况主要体现在含量大小上，这与各地土壤的成土母质密切相关[23]。结合图谱与相对峰面积来看，糖类、氨基酸、脂肪、酚类化合物等有机质和硅酸盐矿物对应的吸收峰最明显且相对峰面积也较大，因此滨海湿地土壤中的有机碳官能团主要属于糖类、脂肪类、氨基酸、酚类，少部分属于芳香烃、苯类和酮类，这与李哲等人对黄河三角洲不同盐沼群落土壤有机碳官能团组成的研究结果[11]是一致的。不同的是上述研究发现各类官能团中芳烃类含量较高，脂肪类含量较低，这与我们的结果正好相反。以往的研究发现，植被演替和土壤层次变化不影响有机碳官能团的组成和结构，但能显著影响官能团数量的变化，这与植物根系的作用密切相关[8]。本研究的采样点均设在植物群落内部，表层土壤内根系分布较多，植物根系的吸收和代谢作用导致土壤内脂肪C含量较高，而芳烃类官能团含量较少。

除植物自身的影响外，向土壤施肥会显著提高土壤有机氮，无机氮含量，以及土壤有机质的C/N和C/O比值，继而会提高有机质中酚基，羟基，羧基，芳香碳和酰胺含量，在图谱上表示为吸收峰强度显著增强[24]。另外，王楠等[22]研究发现施肥会影响土壤有机碳官能团中芳香类化合物、脂肪烃类化合物的相对比例，这些都表明吸收峰强度变化规律受到土壤肥力参数的密切影响。本研究中不同地点滨海湿地土壤中总磷、总碳和有机碳含量的变化规律相同，且均表现为东营和天津滨海湿地显著大于昌邑滨海湿地，因而图谱中对应芳香类、脂肪烃类等吸收峰的强度亦表现出与土壤肥力参数相同的规律。

尽管以往对滨海湿地土壤有机碳官能团的研究拓宽了我们对盐沼、河口等多种类型湿地碳库及碳汇潜力的认识，但却忽略了潮上带湿地这一重要的湿地类型。不同于潮间带滩涂湿地，潮上带湿地受气候变化影响和人类活动干扰更加显著，通常会经历一段时期的干旱后出现季节性淹水的状态[25]，这在一定程度上加剧了其表层土壤中有机碳官能团的变化。本研究发现东营和昌邑潮上带湿地土壤中属于疏水基团的烯烃类、酮类、苯系物和芳香化合物的吸收峰强度与相对峰面积显著大于潮间带，这是由于潮间带受潮汐作用、高盐、低温等影响强烈，该生境条件下盐地碱蓬的地上和地下部分的生长均小于潮上带，而土壤有机碳的主要来源为植被的根系分泌物和残落物[26]，因此其土壤碳储量、腐殖质结构和化学稳定性均小于潮上带，土壤有机碳官能团中稳定性较强的疏水基团的数量也小于潮上带。本研究中，天津潮间带和潮上带土壤有机碳官能团的差距较小，这主要是因为天津潮间带的植被类型为互花米草，互花米草的入侵显著增加了土壤中的水溶性有机碳[27]，且其地上和地下部分的生长量显著高于潮上带的盐地碱蓬，这降低了其与潮上带土壤中有机碳官能团数量的差异。另外，潮间带采样点距离独流减河河口较近，淡水与海水的交替作用使潮间带与潮上带的区分并不明显，因此在图谱上表现出部分重合的情况。

土壤有机碳官能团的变化与土壤理化性质的变化也密切相关[28]。土壤有机碳官能团是决定土壤有机碳化合物化学特性的原子或原子团[1]，因而土壤有机碳的变化，如分解和矿化，必然会导致有机碳官能团数量的变化，例如土壤有机碳分解过程中芳香族与脂肪族基团会相对增加[29]。Margenot等[30]研究发现有机番茄田中有机碳官能团组成存在显著差异的原因与土壤有机碳和氮的特定不稳定组分密切相关。汲常萍等[31]研究发现土壤分级组分官能团相对含量与碳含量、氮含量呈现显著的正相关关系，反映了官能团具有维持土壤碳氮的功能。因此，土壤碳、氮含量及影响碳氮循环的理化因子均可能是土壤有机碳官能团的主要驱动因子。本研究中发现土壤有机碳、总碳和总氮含量对土壤有机碳官能团的数量分布均有显著影响，且解释量分别达到了38.5%、28.6%、20.7%，这很好的支撑了前人的研究结论。但除了碳和氮，本研究还发现土壤总磷含量是影响滨海湿地土壤有机碳官能团数量分布最大的驱动因素，其解释量达到了39.7%，这可能与研究区域土壤磷素的矿化程度较低[32]，磷是湿地植物生长的主要限制性因子有关。另外，我们选择的研究地点均位于河口海岸地区，近年来随着氮磷输入比例的逐渐增加，河口海岸湿地逐渐由氮限制向磷限制转变[33]，磷在滨海湿地有机碳官能团数量分布中的驱动作用越来越大。

4 结 论

（1）不同地点滨海湿地土壤有机碳官能团的种类大致相同，但东营与天津湿地土壤的吸收峰强度显著大于昌邑湿地，这与不同区域土壤理化性质的变化及成土母质密切相关。通过对不同湿地土壤有机碳官能团结构的辨识有助于我们了解滨海湿地有机碳储量的变化及对人为干扰的响应机制。

（2）东营和昌邑潮上带湿地土壤中属于疏水基团的烯烃类、酮类、苯系物和芳香化合物的吸收峰强度与相对峰面积显著大于潮间带，这与其生境条件下植被的生长量、土壤碳储量、腐殖质结构和化学稳定性高有关。天津采样点距离河口较近，淡水与海水的交替作用使潮间带与潮上带的区分并不明显。

（3）土壤总磷（P = 0.002）、有机碳（P = 0.002）、总碳（P = 0.002）、总氮（P = 0.004）、pH（P = 0.006）和盐度（P =

0.03）对土壤有机碳官能团的分布均有显著影响，其解释量分别为39.7%、38.5%、28.6%、20.7%、13.5%、9.3%。由此可见，土壤中总磷含量是影响滨海湿地土壤有机碳官能团分布最大的因素，该发现对于氮磷输入比例日益增加的河口海岸湿地及近海水域富营养化的修复与治理尤为重要。

本研究结果丰富了人们对滨海湿地土壤有机碳储量及其环境响应的认识，但是土壤腐殖质及其组分均是复杂的准高分子化合物，影响其结构特征的因素较多，还需要结合元素组成、核磁共振等测试技术进一步分析比较。

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