湿地植被通过吸收、转化和固定土壤营养物质，能达到涵养水土、净化水质的生态功效^[1]。三峡成库后形成了大面积的消落带，库区反季节、大幅度的水位涨落及其所带来的水淹与干旱胁迫使得消落带植被组成与结构急剧退化^[2]，群落类型由以前的灌草转变成草丛，群落的物种多样性显著下降，物种组成以一年生草本植物为主^[3]。植物群落的退化严重影响上述生态功能^[4]，恢复与重建消落带植被对于减少土壤养分流失、稳固岸坡、改善库区的生态环境具有积极意义。植被恢复按照人工参与的程度分为人工恢复、自然恢复和半人工恢复3种模式^[5]。不同恢复模式下植被的恢复进程不一致，所形成植被组成、结构和空间分布都会有所差异^[6]，进而影响到土壤养分的流动以及不同土地单元营养成分的滞留和转化^[7]，最终影响到土壤营养成分含量^[8]。消落带土壤养分及其空间分布还可能受到水位消涨的影响^[9]。一方面水位在洪泛季节的消涨会增加土壤的养分沉积，而在清水季节水位涨落造成的重力侵蚀和水浪频繁冲刷都会增加土壤养分的淋失^[10]；其次水位消涨会引起植被组成与结构的变化，并由此影响到土壤养分的积累^[11]。此外，消落带出露成陆期土壤养分还会受到季节性干旱气候和雨水的影响^[12]。

三峡工程修建后，人们围绕消落带植被的生态恢复开展了物种筛选、植被构建技术的系列研究，取得了初步的成效^[13]。一些研究显示消落带土壤养分在水位消涨的影响下呈明显的空间分布^{[10, 12]}。但是关于恢复模式对库区消落带土壤养分及其空间分布的影响则缺少相关报道。本文以三峡库区万州段谭绍村消落带的人工恢复试验地和自然恢复为研究对象，通过对土壤养分的取样分析，拟揭示不同恢复模式下土壤养分及其空间变化情况，客观评价现有植被恢复的生态效应，为后期植被恢复的深入开展提供科学参考。

试验地位于长江三峡库区万州境内的谭绍村。研究地属于亚热带季风气候，具有雨热同季、热量丰富、雨量充沛的气候特点。年均温18.2 ℃，年降雨量1 067 mm，相对湿度79%~82%。样地坡度20°左右，土壤类型为黄色石灰土，土层厚度35 cm左右。人工恢复于2007年进行，恢复地面积为15 000 m²。其中海拔160 m以下种植了狗牙根（Cynodon dactylon）、狗尾草（Setaria viridis）、虎杖（Polygonum cuspidatum）等草本植物；海拔160~170 m种植了狗尾草、三叶鬼针草（Bidens pilosa）、石菖蒲（Acorus tatarinowii）等草本植物；海拔170~175 m分别配置了桑树（Morus alba）、柳树（Salix babylonica）、构树（Broussonetia papyrifera）和槐树（Sophora japonica）等乔木，以及盐肤木（Rhus chinensis）、花椒（Zanthoxylum bungeanum）、黄荆（Vitex negundo）等灌木和狗牙根、水蓼（Polygonum hydropiper）、青蒿（Artemisia carvifolia）、苍耳（Xanthium sibiricum）草本植物。经过多个水位消涨循环后，海拔170~175 m处消落带，所栽种乔木和灌木种类存活较少，目前仅存少量柳树；海拔145~170 m范围内形成了狗尾草和狗牙根为优势种的草丛；海拔170~175 m范围则形成了以水蓼、狗牙根为优势种的草丛。自然恢复地避免人工干扰，保持自然恢复状态，目前在海拔145~170 m范围内形成了空心莲子草和狗牙根为优势种的草丛，在170~175 m范围内形成了以大狼把草和狗牙根为优势种的草丛，其上缘有构树、柳树、野花椒和乌桕（Sapium sebiferum）等乔灌木植物的分布。

在实验所在地按消落带恢复模式分别设置人工植被恢复（30°43′24.33″N，108°25′43.47″E）和自然植被恢复（30°43′24.41″N，108°25′43.36″E）试验样地。2014年在库区消落带水位消退之后，在实验样地消落带内沿海拔梯度分别在150、155、160、165、170 m和175 m处每隔5 m设置1个样带，共6个样带。在各样带中每隔5 m设置1个1 m×1 m的样方，每一样带设置5个样方并进行标记，在各样方内选取4个角及中心点共5个样点，清除表层植被，用土壤采集器（直径8 cm、高15 cm）采集土样，把5个小样点的土壤用自封袋分别分装，即每个海拔有25个实验样品，2个样地共采集300份土壤样品。将采集的土样带回实验室自然风干研磨过筛后进行化学分析和测定。

将所采集的土壤样品进行了pH值、有机质、全氮、全磷和全钾含量的测定。其中土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化－外加热法测定；全氮含量采用凯氏定氮法测定；全磷含量采用酸熔-钼锑抗比色法测定；全钾采用NaOH熔融，火焰光度法测定；pH值采用pH酸度计法测定。

以恢复模式和海拔梯度为变量，以土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量以及pH值为因变量，进行多因素方差分析，以揭示恢复模式和反映水位消涨节律的海拔梯度对土壤养分及其分布的作用。当某因素影响水平达到显著性时，再采用多重比较（Turkey）法分析各处理之间的差异性。上述分析所使用的软件为SPSS（19.0）。

多因素方差分析表明，实验因子植被恢复模式和海拔梯度，以及两实验因子相互之间对土壤有机质、全氮、全磷和全钾等含量都有显著性作用（表 1），但是对土壤pH值影响不显著。表明消落带土壤养分一方面本身因不同海拔梯度所存在的环境异质性而变化，另一方面又因不同恢复模式下植被恢复进程的差异而变化。

表 1 恢复模式与海拔梯度对土壤养分及pH值作用的总体方差分析 Table 1 The effects of restoration methods and the elevation gradient on soil nutrients and pH value

表选项

植被恢复模式对消落带土壤养分含量有着显著影响（表 2），人工恢复地主要土壤养分含量均比自然恢复地高，其中有机质、全氮、全磷和全钾含量分别比自然恢复样地高43.52%、43.83%、28.39%、25.52%，而pH值无显著差异。总体上，消落带人工恢复模式比自然恢复模式能更有效地促进消落带土壤养分的稳固与积累。

表 2 恢复模式对消落带土壤养分及pH值的影响 Table 2 The effects of restoration methods on riparian soil nutrients and pH value

表选项

受水位涨落节律的影响，不同海拔梯度消落带出露和淹没的时间与季节有着明显的不同，消落带各海拔梯度土壤养分的含量因此而存在显著差异（表 3）。土壤养分均随海拔增加呈先增加后减少的变化趋势，在海拔165 m处达到最高。其中土壤有机质和全氮含量分别在10.32~13.56、0.69~0.87 g·kg^-1之间变化，平均值分别为12.14、0.81 g·kg^-1，不同海拔之间最大值与最小值之间的差异分别为31.39%和26.09%。而土壤全磷、全钾含量平均值为0.88、9.16 g·kg^-1，不同海拔之间最大值比最小值分别高35.26%和30.32%；土壤pH值在不同海拔间的差异不显著。

表 3 消落带土壤养分及pH值在不同海拔梯度的分布 Table 3 The distribution of soil nutrients and pH along riparian altitude gradient

表选项

消落带土壤营养含量受植被恢复模式和海拔梯度的双重影响（图 1）。在水位消涨的影响下，各土壤养分都随着海拔梯度的增加呈先增加后减少的变化趋势。但是，受恢复模式的影响，土壤有机质和全氮的含量在自然恢复模式中均以消落带上部的最高，中部的次之，下部的最低，而在人工恢复模式下却呈先增加后减少的趋势。其中人工恢复消落带中部的土壤有机质和全氮的含量比消落带上部的高37.06%和49.39%，而自然恢复消落带中部的土壤有机质和全氮的含量比消落带上部的分别低8.07%和5.06%；土壤全磷和全钾的含量的空间分布格局在2种恢复模式之间的差距不大，都是呈中间高、上下部低的特征。但人工恢复样地中土壤全磷和全钾在各海拔间的含量均高于自然恢复地。

不同字母表示不同海拔间差异显著水平（P<0.05） Different letter indicates significant difference among different altitude gradients（P<0.05） 图 1 不同恢复模式与海拔梯度消落带土壤营养的空间分布 Figure 1 Spatial distribution of soil nutrients along altitude gradient in the riparian banks restored by different restoration methods

图选项

湿地植被恢复能有效促进土壤养分的保持与积累^[14]，土壤养分状况常因植物群落类型及其生长状况的不同而显著变化^[15]。不同恢复模式下湿地植被的恢复进程和植被恢复状况有较大差异。一般情况下人工恢复的进程快，植物生长状况较好，但多样性往往较低。而自然恢复的进程相对较慢，植物生长状况相对较差，多样性相对较高。因此不同恢复模式下植被的土壤养分状况常存在一定差异^[16]。钟芳等^[6]研究了2种不同植被恢复模式（自然恢复、人工重建+自然恢复）土壤的养分状况，并与天然植被进行比较，发现3种植被类型的土壤pH值差异不显著，土壤有机质、全氮、全磷含量均以天然植被恢复样地最高，其次为人工重建+自然恢复样地，而自然恢复样地最低。

由于群落生物量对氮素的滞留能力有一定的影响，并且植物能向土壤返还氮素，同时植物根系对氮有强大的吸收能力^[17]，因此，植物群落及其生长状况对土壤的有机质和全氮含量的影响较为显著^[18]；而土壤中全磷、全钾含量主要受土壤母质及动植物残体的影响，因此其对植物群落及其生长状况影响程度相对低一些^[19]。本研究中，植被恢复模式对土壤的有机质和全氮有极显著影响，对全磷、全钾有显著影响，而对pH值的影响不显著。人工恢复模式下几种主要土壤养分均高于自然恢复样地，表明人工恢复植被总体上比自然恢复的植被更有利于土壤养分的积累与固持。

王晓荣等^[20]在三峡成库初期分别对库区消落带土壤理化性质的变化进行了调查研究，发现水位消涨引起了消落带土壤养分的流失，使得土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量的显著下降。水位消涨通过2种方式对土壤养分及其分布造成影响，一方面通过水流的冲刷带来大量的泥沙，丰富了消落带土壤的营养物质，尤其是有机质含量^[21]；另一方面水位变动使得土壤处于淹没、暴晒、雨淋等环境，周期性的变动加速了土壤凋落物的分解以及土壤对养分的吸收、沉淀、吸附等活动，也活跃了土壤的营养物质向外界的释放、运动、扩散活动，造成土壤养分流失^[12]。由于不同海拔梯度消落带出露和淹没的时间与季节有着较大差异，消落带土壤出露时间随海拔增高而增高。土壤的氧气、温度和湿度等环境因子以及土壤微生物的活动在不同海拔梯度之间存在较大的异质性，消落带土壤养分特别是有机质的积累与分解在空间分布上有着显著差异^[22]。消落带下部出露时间最短，受水位冲刷及浸泡的时间最长。土壤受水位波动影响的时间处于夏季，期间温度最高，土壤水分充足，土壤微生物的活力最强，凋落物以及土壤有机质的分解较为强烈，其后又经历长时间的水淹，养分不断由土壤向营养物质浓度相对较低的水体释放，土壤养分的含量最低；消落带上部出露时间的最长，受水位冲刷及浸泡的时间最短，但受干旱和高温胁迫的时间却最长。土壤具有氧气充足和干燥的特点，凋落物以及土壤有机质能进行一定程度的分解，但受雨水冲刷的作用相对较强，土壤的养分含量相对较低；相对而言，消落带中部受水位波动的时间最长，土壤氧气、温度和湿度条件最好，凋落物以及土壤有机质的分解最为彻底，且受水位消涨引起的流失相对较低，而水位的长期波动与停留有利于养分的层积与固定，土壤养分含量最高。本研究中，消落带土壤在经历多次大幅度水位消涨影响后，土壤养分随着海拔梯度的变化呈现出了随海拔梯度升高而升高，到海拔165 m处达到最高，继而下降的空间分布格局。

水位消涨会引起植被组成与结构的变化，并由此影响到土壤养分的积累^[23]。多数调查研究表明，消落带上部的植被比下部植被生长得要好，而中部的又比上部的要好^[24]。受水位消涨的影响，湿地土壤养分的空间分布与消落带植被的空间分布格局相似^[13]。植被生长状况关系到群落凋落物的数量以及植物根系对土壤养分的吸收与固定，消落带中部良好的植被生长状况也是其土壤营养处于最高值的重要因素之一。本研究中，由于不同恢复模式下植被的空间分布有所差异，个别土壤养分的空间分布也因此有所变化。其中人工恢复的各种养分的空间分布仍符合上述养分的空间分布特征，而自然恢复地的有机质和全氮的分布则是随着海拔梯度的增加而不断增加。这主要是因为自然恢复样地在海拔170~175 m处受人为影响较小，植物群落生长状况相对较好，且消落带上缘有一些乔木和灌木植物的分布，群落中积累的枯枝落叶较多，形成了相对较多的腐殖质，其有机质和全氮含量较高。

（1）植被恢复模式对消落带土壤养分有着显著影响。人工恢复地的主要土壤养分含量显著高于自然恢复地，其中又以土壤有机质和全氮含量的差异为大，而全磷和全钾的差异相对较小，表明人工植被恢复对土壤养分，特别是有机质和全氮在土壤中的积累与固持有着积极作用。

（2）土壤养分的空间分布更多的是受海拔梯度的影响。在三峡库区反季节水位消涨影响下，消落带土壤养分含量总体上随海拔梯度的增加呈先增加后减少的空间分布格局，在海拔165 m处达到最高值。但植被恢复模式对养分的空间分布仍有一定影响。人工恢复地各主要土壤养分的空间分布均保持上述分布格局，而自然恢复地土壤有机质和全氮的空间分布则随着海拔梯度的增加一直呈增加的趋势。

（3）恢复模式对土壤养分及其空间的影响实际上是与植被的恢复与生长状况有关。人工恢复模式下通过人工种植一些物种加快了植被恢复进程，植被的生长状况普遍好于自然恢复地，其对土壤养分的吸收和固定能力得以增强。关于植被类型以及生长状况与土壤养分的关系将在后续的研究中予以进一步研究和报道。此外，人工恢复中适宜物种筛选及其应用也会对土壤养分状况产生影响，这也是值得进一步研究。