三江平原典型湿地土壤-植物系统中锰迁移模式研究

锰在土壤-植物系统中的分布特征及运移规律是反映湿地环境变化的敏感性指标之一，是深入认识湿地物质循环过程的重要方面。但目前锰在沼泽湿地土壤-植物系统中迁移模式研究较为零散，缺乏系统性。本研究以三江平原典型自然湿地和水稻田为研究对象，采用面上调查与室内模拟的方法，系统研究不同湿地类型土壤及植物中锰时空变化特征；探讨环境因子变化对锰形态影响，构建不同环境因子驱动下锰形态转化的动力学模型，揭示土壤锰转化机理；采用枯落物网袋分解实验，阐明植物枯落物分解过程中锰迁移规律；基于分室模型，明确锰在土壤-植物系统各分室中的"库"及迁移过程中"流"的变化，构建锰在土壤-植物系统的迁移模式，揭示不同类型湿地中锰的循环过程。本项目将有助于深入认识我国北方沼泽湿地中锰运移规律及生物地球化学过程，丰富锰研究在地理区域和生态系统类型的深度和广度，为深入认识湿地物质循环过程提供科学依据。

锰是是湿地土壤中氧化还原体系的重要构成元素。对三江平原湿地—植物系统中锰的迁移过程监测表明，湿地土壤中锰含量一般处于较低水平，土壤中水分含量，尤其是地表水的存在将增加锰的迁移性，并且使土壤中锰保持Mn2+价态，呈现出较强的还原性。土壤中Mn含量受到多种环境因子的影响，其中pH、水分、DOC、S是主要影响因子。在湿地的垦殖过程中，垦殖方向的差异将引起Mn地球化学集散状态的显著改变。湿地旱化或者垦殖为旱田，Mn元素富集，陆地湿化或者湿地垦殖为水田，Mn元素流失，在三江平原湿地-旱田-水田的演替过程中，土壤作为Mn元素源汇功能经历了由汇变成源的转换。在此转换过程中，土壤中Mn的形态发生显著变化，虽然在不同土地利用方式下，锰主要以矿物或者铁锰氧化物形式存在，但是与有机质结合的锰却是变化最为显著的部分，也是驱动土壤中氧化还原体系变化的主要部分，pH、DOC及S是影响锰赋存形态的主要因素，也是三江平原土壤中生物有效态锰含量较高的重要原因。137Cs定年技术表明，小叶章湿地与毛果苔草湿地土壤中Mn累积速率分别为464.05±96.65 mg yr-1 m-2和498.25±86.26 mg yr-1 m-2。毛果苔草湿地具有更高的锰累积速率。当排水及气候变化导致三江平原沼泽湿地向沼泽化草甸演替时，锰将由沼泽环境向周围环境中释放。三江平原水体中Mn含量主要受溶解氧的影响。湿地植物中锰含量普遍高于农作物，且在根部中通常具有高含量的锰以形成保护膜抵御低pH和厌氧环境对根的胁迫。未来研究中，应当关注Mn形态转换及其驱动因素，以深入认识Mn在湿地土壤氧化还原体系中的重要性，并减少研究的不确定性。