水文条件变化对城市湿地土壤环境的影响

2022-01-26王英

水利技术监督 2022年1期

王英

(安徽省池州市建设工程质量安全监督处，安徽池州 247100)

城市湿地公园是城市市容绿化及海绵城市建设的重要载体，与城市居民生活质量及生命财产安全息息相关[1-3]。因此，研究城市湿地土壤性质的变化对城市发展具有重要意义。

城市水文条件变化情况下，湿地公园水资源及土壤的性质也产生相应变化，对城市湿地的生态环境影响极大[4-6]。王振芬[7]基于现场试验，深入研究了水文条件变化对对湿地植被CH4和N2O排放量的影响，并选取自然湿地的湿润、季节性积水、常年积水3块试验区进行观测，研究成果为我国温室气体的减排措施提供了指导作用。吴华莉等[8]深入研究了水文条件变化对化对长江某保护区鱼类生存的影响，并指出保护区河段干流年径流量无明显下降趋势，但在在鱼类产卵期3—7月份和11—12月份，保护区河流流量均值及峰值均产生了明显的改变，导致鱼类的生存环境受到了威胁。该研究成果亦为我国长江上游河道生境保护和水资源管理提供了一定的理论依据。

综上所述，现有关于水文条件变化对城市湿地土壤环境的影响研究成果较少，且深度不够。因此，本文依托于长江流域某城市中心湿地公园保护工程，基于室内土壤成分测试试验，深入研究了水文条件变化对城市湿地土壤环境的影响。研究成果为我国城市湿地公园保护提供了一定的理论基础。

1 研究背景

本次研究的对象为我国长江流域某城市中心湿地公园，该城市位于气候湿润、湖泊河流分布较为广阔的地区；在长江的不断改道、河水冲积和泥沙沉积等过程的影响下，在该城市形成了多种湿地景观类型。受淡水、地下水和地表水相互作用的影响，湿地水文特征会产生各种各样的变化，其中土壤的性质变化尤为直观且影响较大，对湿地公园的生态环境造成很大的影响。该湿地公园占地近22500亩，地处长江中下游平原地区，位于长江之畔，由长江泥沙淤积形成，湿地地层主要为上覆河漫滩沉积物层。湿地公园河流下游接纳城南河入江，局部受其来水影响，规划范围内水域和沼泽分布广泛，在夏季来水期水面占总面积近70%。

2 试验研究

2.1 样品采集与处理

基于区域水文与地质相关资料查阅及现场勘察结果，本次研究选择该湿地公园内3个具有不同水文条件的位置作为研究样地，分别为潮汐芦苇湿地(场地A)、淡水芦苇湿地(场地B)及非淹水芦苇湿地(场地C)。研究小组分别于2019年10月和2020年10月在试验场地进行取样工作，取样深度分别为地表以下5、10、15、20和25cm深处，且在每个取样深度处取3个土壤样品。将取回的土壤试样编号分类，挑出植物根茎及大块砾石等成分并进行研磨，之后利用直径为20mm的筛子进行筛分，最后进行袋装封存。

2.2 试验方案

为研究水文条件变化下城市湿地公园土壤性质的变化情况，室内展开了不同土壤试样的物理化学性质测试、抗氧化稳定性有机碳含量及溶剂性有机碳含量测试。其中，土壤中的铝、铁阳离子含量测试采用Lorenz试验方法进行测试[9]，有机质含量、总氮含量、总碳含量、导电率、pH值及有机碳含量的测定则参考Zhao等的试验测定方法进行[10]。

3 试验结果分析与讨论

3.1 理化性质变化

基于室内试验，得到三处不同试验场地土壤物理、化学指标参数见表1。由表1可知，不同水文条件下湿地公园土壤的物理化学性质具有显著差异。对于场地A，其有机质含量、总氮含量、总碳含量及导电率明显高于场地B和场地C。分析认为，由于场地A属于潮汐芦苇湿地，因此动植物的死亡、埋藏更为广泛，导致土壤中总碳及总氮的含量更高；此外，由于土壤中导电率成分更高的物质更多，因此土壤的导电系数也就更高。从pH值来看，湿地公园的三种土壤均呈现出碱性(pH>7)，且场地C的碱性最强，其pH值达到9.33，远高于场地A和场地B。分析认为，这是由于区域土地盐碱化导致的土壤中出现大量的盐分积累，因此湿地公园土壤呈弱碱性。进一步展开三种不同水文条件下城市湿地公园土壤的化学成分分析，由表1可知，三块场地中，场地B的铝离子含量最高，达到96.12mg/g；其次为场地A，达到78.32mg/g；场地C的铝离子含量最低，仅有38.89mg/g。对于土壤中铁离子含量的测试分析，则有场地A>场地C>场地B。根据前人研究成果，土壤中铝铁离子的含量与土壤的含水率之间成正相关，而水文条件的变化是控制土壤缺氧状态和含水量的重要因素。在碱性土壤中，其钙镁离子的含量较高，因此有利于铝、铁化合物的聚沉。

表1 三处不同试验场地土壤物理、化学指标参数均值

3.2 抗氧化稳定有机碳含量

根据现场调查与室内试验结果，得出湿地公园三个不同场地土壤的抗H2O2氧化有机碳的含量随埋深变化规律如图1所示。由图1可知，对于场地A和场地C，土壤中抗氧化稳定有机碳含量随埋深呈现出先增大后减小的变化趋势。场地A和场地C的抗氧化稳定有机碳含量最大值均出现在埋深15cm处，含量分别达到1.99g/kg和2.23g/kg。场地A的抗氧化稳定有机碳含量最小值出现在埋深25cm处，最低含量为1.54g/kg；场地C的抗氧化稳定有机碳含量最小值出现在埋深5cm处，最小值为0.85g/kg。场地B的抗氧化稳定有机碳含量最高，其最大值出现在埋深为5cm处，最大值为2.42g/kg；最小值为1.37g/kg，对应埋深为25cm。

图1 土壤抗氧化稳定有机碳含量随埋深变化关系

3.3 溶解性有机碳含量

根据现场调查与室内试验结果，得出湿地公园三个不同场地土壤的溶解性有机碳的含量随埋深变化规律如图2所示。由图2可知，对于场地B和场地C，土壤中溶解性有机碳含量较低，而场地A(潮汐芦苇湿地)的溶解性有机碳的含量则相对较高。此外，进一步研究可以观察到，3块场地土壤中的溶解性有机碳的含量均随着土壤埋深的增大而呈现出逐渐减小的变化趋势，其中，场地C的变化最为明显。当埋深为5cm时，土壤溶解性有机碳的含量达到18.32g/kg，而在25cm埋深处为7.95g/kg，相对5cm埋深处下降56.60%。分析认为，潮汐活动是湿地土壤溶解性有机碳发生交换的重要途经，因此，场地A(潮汐芦苇湿地)的平均溶解性有机碳的含量最低，而场地B、C的平均溶解性有机碳的含量则相对较高。进一步分析数据可以发现，溶解性有机碳的含量随着土壤埋深的增加而不断降低，这是由于随着土壤埋深的增加，其密实度也不断增加而孔隙度逐渐减小，因此溶解性有机碳的含量也逐渐降低。