土壤的理化性质的空间变异性季节性淹水森林片段热带平原上

文摘

淹水生态系统是习惯于季节性洪水,促进特定的土壤条件,如低氧、hydromorphism,特殊的化学反应。这些环境依赖于洪水脉冲决定特定的生态环境。Ipucas季节性淹不连续森林补丁只发生在巴西中部Araguaia平原。他们位于0.40 - 1.20 m低于周围的平原,促进雨水五到六个月的积累,是完全或部分干在旱季。本研究的目的是评估水平(中心和边缘)和垂直(深度:0 - 0.20和0.20 - -0.40米)物理化学参数的变化Ipucas土壤,试图建立洪水脉冲的重要性和周边地区的浸出土壤形成和构成。样本收集三个在旱季Ipucas相似的大小和使用荷兰螺旋循环。研究结果表明,洪水脉冲促进沉积物侵蚀从周围的沉积平原,均质化表面土壤的特点,从边缘到中心的Ipucas。然而,生物地球化学过程,也与临时洪水,占表面和深层土壤地平线之间的差异,因为缺氧条件下洪水期间促进化学反应特性的厌氧环境,修改pH值和有机质含量,除了土壤潜育遭受洪灾,然后被沉积物覆盖在旱季之后。最后,Ipucas土壤易受人为更改,并依赖于季节性洪水脉冲。

1。介绍

淹水生态系统是由季节性或永久性的洪水和常常为接触厌氧过程和土壤条件(1ferrolysis等)以及反应和氧化还原循环(2]。一般来说,这些土壤水成土和独特的物理化学特性,并适应形态学和生理系统的水文周期和依赖水平衡,地形,地下3]。据估计,大约20%的巴西领土被洪水覆盖地区,其中大部分是受不同的季节性洪水脉冲,水位不稳(4]。洪水脉冲是重要的事件,确定这些生态系统的生态环境(5]。根据福克纳和理查森(6),有优势的洪水脉冲引起的厌氧条件和土壤饱和的土壤淹水生态系统。洪水促进土壤和大气中的氧气之间的隔离,激活生物和化学过程修改有氧系统从有氧氧化的厌氧还原。洪水后,氧气迅速被微生物呼吸作用和化学氧化。消费后的氧气、硝酸盐、锰、和亚硝酸盐作为电极,减少三价铁铁州,硫酸盐转化氢亚硫酸盐,有限公司₂转化成甲烷;因此,这些土壤养分循环有很高的潜力。

在巴西,大部分的淹水生态系统干燥季节,不同于温带环境,地区永久淹没的地方,如沼泽和沼泽7]。土壤季节性洪水条件下表现出不连续特性随着深度的变化(8]。此外,救助条件也影响土壤形成和负责改变土壤含水量,强度侵蚀过程,浸出,小气候,地下水位9]。因此,土壤在平原所占据的位置也会影响其物理化学属性的可变性(10]。

Ipucas(或Impucas)是季节性淹水森林斑块位于萧条大约0.40到1.20 m低于周围的平原。激烈的雨季和平原地形有利发展的洪水脉冲和水的积累在这些森林片段,促进之间的季节交替水生(12月至5月)和陆地(6月至11月)阶段。特殊的地貌特征促进这些森林岛屿的自然出现,只在中间发生Araguaia平原,托坎廷斯州的和马托格罗索州11]。Eiten [12)和Marimon et al。13)描述Ipucas一样暂时淹没了森林是不均匀分布的森林斑块的nonflooded塞拉多(巴西萨凡纳)植被矩阵。植被地貌特征是致密结构,通常有两个植被层和下面的树种的优势:属brasilienseCambess,Vochysia divergens波尔,Licania parvifolia胡贝尔,Sclerolobium paniculatum沃格尔(14- - - - - -17]。在这方面,Ipucas不同于亚马逊campinaranas(白色沙质土壤上旱地森林),形成马赛克的草原和森林草原的形成,特别是在黑人流域(18]。

从生态的角度来看,Ipucas重要元素在平原的地区排水系统因为他们保留水从周边地区在雨季,从而建立一个连接之间的各种河流、小溪和湖泊(14]。湿地,它们提供了高价值的生态系统服务,如保持较高的多样性和生产力(19- - - - - -21)和对全球温室气体传输过程作出了重大贡献22,23]。此外,他们可能是重要的保护通道,为原生动物提供住所和食物,因为它们是森林的形成与结构面相学植物种类和不同于邻近区域(24,25]。根据布里托等。15)和Marimon et al。13),Ipucas塞拉多发生在张力区之间的过渡和亚马逊森林,这使得他们地区的极端生物的重要性。科学家们表示,淹没了经济生态系统是更有价值的自然状态比排水或修改用于其它用途,随着时间的推移,(26,27]。然而,这个地区的农业领域的发展已经注册地区毗邻Ipucas为农业或田园系统,往往超出法律所规定的保护限制,目标是帮助保护土壤和水资源28]。

马丁斯et al。14)进行了表征的pedoenvironments Araguaia平原,发现土壤类型的多样性,优势的潜育,贫瘠土壤和地下铁铝斑纹层和不同程度的有机碳。富营养的普通始成土与标记化学丰富占主导地位最高的地区,而Plinthosols和潜育土占主导地位的地区,明显缺少营养物质,酸,即使在森林的形成Ipucas。此外,马丁斯et al。14)公布了最近的有机质堆积Ipucas由于减少酸水成环境,与周围的土壤。这使得这些土壤的研究感兴趣的识别因素影响土地利用变化的平原,特别是农业,可以影响这些地区重要的淹水生态系统。

一般来说,土壤支持自然植被有一些变化在他们的物理化学属性,在水平和垂直梯度(29日]。在的情况下Ipucas等,这属于一个空间异质景观梯度可以定义自然生态边界,将创建多样化的结构、功能、和时间动态(30.]。水平梯度可能与一个边缘效应有关,这对应于交互之间的接触区森林碎片或补丁和邻近地区(31日,32]。边缘,与内部,受到三个效果:(i)非生物,小气候的变化所产生的条件(温度、光);(2)直接生物,这对应于丰富的变化和植物物种的分布和微生物由于非生物变化;和(3)间接生物,从物种间相互作用的变化31日,33]。因此,沿着边缘可能有不同的土壤理化成分由于因素暴露。

本研究解决了水平和垂直变化的土壤季节性淹水森林中间补丁Araguaia平原Ipucas关于它们的形成、评估重要方面。为此,分析了土壤的物理化学参数的内部,在边缘(水平变化)和不同深度(纵向变异),试图确定当地的生物地球化学过程和淤积量的重要性被洪水脉冲,浸出从周边地区土壤颗粒的内部Ipucas。

2。方法

的研究IpucasLago位于佛得角农场,Urubu分隔的河流,小溪Lago佛得角,直辖市的小湖da Confusao,托坎廷斯州,巴西。该地区是热带气候,有两个定义良好的季节:雨天,从10月到4月,干燥,从5月到9月34]。在这项研究中,三个Ipucas被选中时,在11.06公里的区域吗²,因为他们的距离,大小相似,循环指数(24]。此外,这些Ipucas位于地区邻近地区尚未用于农业或牧场,因此作为原生环境特征(表吗1和图1)。

从这些片段收集土壤样本2015年8月,当Ipucas尚未被淹,从中心和获得的边缘Ipucas在两种土壤深度和层:0 - 0.20 m和0.20 - -0.40米。抽样进行使用荷兰钻和由五个次级样本获得5米范围内的Ipuca。收集后,样本存储在塑料袋和发送到Arasolos土壤分析实验室,进行了理化分析。物理属性,粒度分布是评价,即粘土(g / kg)的数量,总砂淤泥(g / kg), (g /公斤)。以下化学参数进行分析:有机物(OM-g / dm³)、有机碳(C_有机- g / dm³),(pH-CaCl活跃的酸度₂),钾(K-mmolc / dm³),磷(P-mg / dm³),钙(Ca-mmolc / dm³),镁(Mg-mmolc / dm³)、锌(Zn-mg / dm³)、铁(Fe-mg / dm³)、锰(Mn-mg / dm³),和铝(Al-mmolc / dm³)。此外,基地(SB-mmolc / dm的总和³),基本饱和(V- %),铝饱和度(米- %)和阳离子交换量(CEC-mmolc / dm³)估计。对所有参数进行了分析,提出的方法是Raij et al。35]。

首先,土壤分类是根据结构基于比例的粘土,淤泥,和总砂的位置和深度分析,之后提出的方法论“巴西农业研究公司”(36]。然后,结果测试正常使用Shapiro-Wilk测试( );由于缺乏一个正态分布,数据转换平方根。接下来,方差分析(方差分析)之间的参数分析计算确定显著差异之间的位置(中心和边缘)和深度(0 - 0.20米和0.20 - -0.40米)。图基差异方差分析进行评估的测试( )。一个完全随机设计(CRD)应用与分裂阴谋,阴谋的位置,和次要情节是深度分析。统计分析使用SISVAR软件(37]。

3所示。结果

土壤在中心和边缘Ipucas在0 - 0.20米的深度划分为砂壤土(Plinthosol)和深度0.20 - -0.40米的砂质粘壤土(潜育土)(图2)。深度梯度的土壤质地不同而不是纵向梯度的生态系统(中心和边缘)。

化学属性OM, C_有机、钾、钙、镁、锌和某人之间没有统计学差异之间的位置但明显不同的深度,更肤浅的层次表现出浓度高于深层。pH值的属性、P和CEC对深度和位置都表现出显著的差异。pH值为变量,土壤酸性较深层表面层。关于位置、土壤酸性中心,相比之下,只在边缘的深度0 - 0.20米,与更深层的没有区别。P含量较高的土壤表面与深层和中心高于边缘。CEC值在表面的深度大于0.20 - -0.40 m和更大的中心的边缘只有0 - 0.20米的深度,不是不同深度0.20 - -0.40米。

铁浓度Ipucas土壤深度之间的明显不同,更高的值在0 - 0.20米相比,0.20 - -0.40米之间表现出显著差异只在中心和边缘的深度0 - 0.20米,中心的浓度更高。锰浓度,之间的区别只在边缘的深度观察Ipucas用更高的值在0 - 0.20米的深度。关于位置、中心发现浓度高于0.20的优势只有在深度-0.40米。艾尔,只在中心值随深度表现出显著差异,在地面层浓度高于深层。对于位置,显著提高铝浓度比边缘中心观察到。最后,的值V%,米%根据深度和位置没有统计学差异(表进行了研究2)。

4所示。讨论

Ipucas土壤表现出无显著差异大多数化学的中心和边缘位置变量和纹理分析。提出这种均化是由于洪水脉冲的发生,那么细的沉积物从最高的平原地区的内部Ipuca,使其相对停滞的水淹了,运输沉积物均匀地分布在整个表面的土壤片段从边缘到中心。根据Coringa et al。2),水成土受到洪水和干旱期的自然变更,导致形成密切相关原始材料的性质和沉积和沉降过程。马丁斯et al。14]说的变化比例的淤泥,粘土,和沙子淹没地区的Araguaia平原反映沉积学的变化,不是pedogenetic变化,确凿的发现沙漠表面土壤与低水平的变化Ipucas。这种均质化效应强的小的大小和循环Ipucas,减少边缘效应成土生物地球化学过程和可能表明一个附近的干扰Ipucas不仅会影响整个片段,并与相邻的边界干扰的生态系统。这表明的高脆弱性Ipuca生态系统,这是受到任何干扰的毒害效应贯穿整个区域,减少恢复或修复的可能性。

观察之间的垂直变化(深度)对大多数化学参数和土壤质地,由更多的粘土为0.20 - -0.40米的深度。拉莫斯et al。38和苏萨等。39),研究湿地veredas(棕榈沼泽)在巴西塞拉多,也确定了最高水平的土壤中粘土成分是地下(0.40米),与地面层相比,表明这些变化可能是很普遍的塞拉多的淹水环境中。

尽管缺少营养物质,Ipucas土壤有机质含量高出的特点是表面上。OM的差异和C_有机研究深度之间的内容现在预计在淹水环境中由于沉积物沉积过程提升表面丰富的洪水层和渗滤液从相邻的生态系统40)和添加到衰老植物积累在前面的旱季。有机物质直接或间接控制各种土壤属性(41)因为它提高了基质的物理条件,增加了土壤微生物群,保持水分,并控制温度范围内,水力传导率和密度,从而增加土壤阳离子交换量和营养保留(42- - - - - -46]。此外,Ipucas土壤与水饱和是由于洪水脉冲;因此,大部分的营养成分可以绑定到腐殖质分数,也促进更高的CEC值,根据里贝罗et al。47]。大CEC的表面,而在深度0.20 - -0.40 m,反映了活性有机质的分解过程发生在其中带来的洪水脉冲和森林植物衰老的输入。根据Graf-Rosenfellner et al。8),暂时淹没的发展土壤的恶化会导致持续的下降_有机内容与深度,特别是分数与快速和中间营业额。塞拉多和亚马逊的森林生态系统的土壤生物群落在巴西北部主要是可怜的矿物质营养素,让他们维护密切依赖于生物地球化学循环(48),导致碳和其他营养物质的快速周转一旦可用。因此,OM表层土壤的累积Ipucas是不溶性的副产品,如腐殖酸和富里酸,从沉积植物材料的分解过程([14,24),巴博萨et al .,未发表的数据),这就解释了表层的酸度。

酸度也可能是铁的氧化和还原的证据在有氧和无氧条件下,常见的Ipucas,被福克纳和理查森(6)和Warmling et al。49]。根据这些作者,ferrolysis涉及土壤酸化和毁灭的黏土的影响下交换反应涉及菲交替的循环氧化(干旱时期)和还原(洪水时期)。换句话说,在缺乏氧气的情况下,由于土壤的饱和水和减少有机质、铁氧化物和氢氧化物是铁^{2 +}。然而,随着空气接触土壤在随后的干旱时期,发起一个氧化阶段,可交换的铁^{2 +}氧化氢氧化不溶性铁吗^{3 +}。这个过程的一部分没有粘土的破坏,然后保存在最深的土壤视野,观察到的Ipucas表现出一个更高比例的粘土在最深的层次。土壤pH值被认为是酸性的,大约3.92到4.23 (CaCl₂),似乎代表了典型Araguaia平原的土壤条件,这可能是由于该地区土壤的hydromorphism [14,50,51]。pH值产生很强的对各种金属离子的动力学影响,更多的移动低pH值的条件下,特别是在土壤风化的高度(52]。这些酸性条件也可能与不溶性OM分解产生的副产品和高浓度的艾尔53),这可能提升的可用性下降等矿物质P, Ca、Mg, K (54,55]。铁和镁是重要的元素形成的水成土ferrolysis [6,49]。高铁浓度在中心层和表面可能被雨水浸出相关(56),这让plinthite-rich材料隆起边缘的平原,主要由Petric Plinthosol砖红壤性铁壳(铁角砾岩),讨论了马丁斯et al。14]。

此外,研究马丁斯et al。14和巴博萨等。57hydromorphism的证明Ipucas潜育土,表面和表面附近的地下水位影响层表现为酸性OM和更高的表面碳含量。一些营养物质,尤其是P,集中或绑定到腐殖质部分表面。马丁斯et al。14]表明,相比之下,周围的土壤varjao(定期淹没土地的小丘),Ipucas土壤化学富裕,高钙,镁,和P的内容,尽管他们是酸性和CEC水平较低。可交换的Al非常高的水平Ipucas土壤和与有机物的表面。

5。结论

土壤理化性质的空间变异性在自然环境中是至关重要的对于理解土壤形成和演化过程(58- - - - - -60]。因此,它是证明的形成Ipucas土壤是依赖于沉积物沉积过程在洪水脉冲,从而导致水平均化(中心和边缘)促进一个无意义的边缘效应(即。、水平浸出同质化的土壤特性Ipucas森林补丁)。之间的垂直变化(深度)中确定的化学和结构组成的土壤可能沉积的沉积物的结果由于洪水水的低速度和高持久性的水深导致ferrolysis减少流程,负责hydromorphism特点和不连续的物理和化学性质增加深度。平均而言,在雨季,Ipucas淹没水深为1.5米(61年),它可以促进机械力产生土壤中的垂直变化的能力。因此,救济形式特征的抑郁症hydromorphism流程来自季节性洪水脉冲形成特有的土壤,这房子独特的森林补丁,Araguaia平原。的功能有机质和养分的循环过程Ipucas强烈依赖于输入的材料从洪水脉冲和邻近的生态系统,加强的结论马丁斯et al。14]。Ipucas土壤易受人为的变化可能改变Araguaia平原的水文循环和土壤作为一个整体。

数据可用性

其中包含主要数据在这项研究中,结果是可用的,可以请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

马库斯v . m .巴博萨参与的概念化和发展的研究,以及在数据收集和写作的手稿。Taynara a·费尔南德斯的发展研究提供了技术支持,数据收集和写作的手稿。Guilherme b Siqueira在数据分析提供了技术支持,开发和质量的手稿。弗·l·t·Siqueira提供技术支持的开发和质量的手稿。葆拉·b·莫莱斯引导研究的概念化插入这个手稿,其组织和数据分析、解释结果,构建的手稿。

确认

研究者马库斯v . m .巴博萨赞赏收到的财政支持通过奖学金资助的高等教育Personnel-CAPES协调改进。

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