黃河三角洲不同植被類型下土壤氮的差異研究

朱源山　馮若昂　靖淑慧　張天舉

【摘 要】依據檉柳、堿蓬、蘆葦、棉田4種植物群落下的土壤樣品資料，分析了濱海濕地不同植物群落下土壤全氮、有效氮含量的變化差異，結果表明：（1）蒸騰作用及植物對氮素的需求，導致氮素在根際發生積累，從而檉柳、堿蓬、蘆葦、棉田4種植物群落的土壤全氮含量的隨著土層深度增加而呈波動降低變化，土壤速效氮的垂直變化與全氮相似，其中，蘆葦的波動性最大反映出該群落的土壤養分較豐富，尤其是表層。（2）不同植被覆蓋下，表土的全氮、有效氮大小順序為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬，反應了不同植物群落固氮能力的差異；就每個群落0-5cm表土而言，蘆葦群落的土壤全氮、有效氮變異性都較大，說明在養分含量較高的群落，更易造成局部土壤理化性質的差異。（3）土壤表層與深層全氮的差比大小順序為檉柳>蘆葦>棉田>堿蓬；而速效氮的相差率為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬，反映出高腐殖質層的蘆葦群落，0-5cm表層是可供植物利用的無機氮的重要儲備庫。

【關鍵詞】植被群落；濕地土壤；氮含量；黃河三角洲

土壤氮是植物生長發育所需要的重要元素，影響著植物的生產力與植被類型；反過來，植物殘體輸入量以及植被類型也影響著氮素的動態[1]。土壤中全氮的含量變化決定于氮素的輸入和輸出量的相對大小[2]。氮素的輸入量主要依賴于植物殘體的歸還量及生物固氮，也有少部分來源于大氣沉降[3]，全氮的輸出量則主要包括分解和侵蝕損失，其受各種生物和非生物條件的控制[4]。

黃河三角洲是中國暖溫帶地區最完整、最廣闊、最年輕的新生濕地生態系統[5]，其土壤養分含量變化受水、鹽、植被類型[6]等多種因素的影響，區域物種多樣性的高低受制于養分與鹽分含量的多寡[7]。有研究表明，不同造林模式下的土壤氮養分含量均顯著高于裸地（白蠟林除外），農林間作模式下可溶性全氮和可溶性有機氮平均含量均高于純林模式[8]；土壤中全氮、硝態氮、全氮儲量與有機碳含量顯著相關[9]，具體表現為全氮的垂直分布受制于土壤有機質的分布，氮儲量主要集中分布在土壤表層[10]，并且全氮與全鹽之間存明顯的倒數關系[11]。本文以不同植物群落下土壤氮含量的差異為研究對象，分析群落變化對土壤氮的影響，以期為濱海濕地營養元素生物地球化學循環過程及濕地生態系統的恢復、保護和管理提供參考。

1 研究方法

1.1 樣品采集

選擇典型的四種植被群落即檉柳群落、堿蓬群落、蘆葦群落、棉田群落，分別進行土壤剖面采樣，采樣深度為0-5cm、5-10cm、10-20cm、 20-40cm、40-60cm、60-80cm等分層采樣，直至采到地下水水位，同時每個群落表層隨機布點6次，采集表層0-5cm的土壤樣品6個。對每個采樣點用GPS進行定位，并記錄每個采樣點周圍的地形地貌和植被類型。

1.2 測試方法與數據處理

將采集的土壤樣品經自然風干、研磨、過篩等預處理后，采用凱氏蒸餾法測定全氮（TN），堿解擴散法測定有效氮（ AN）[12]。根據野外實測數據與實驗室的分析結果，采用Excel2010軟件進行數據處理及繪圖；采用SPSS18.0 軟件進行極值、均值和方差的計算。

2 結果與分析

2.1 土壤全氮、有效氮的垂直分布

在全氮的垂直剖面上（圖1A），檉柳群落土壤中全氮含量由表層往深層表現出逐漸遞減趨勢，全氮含量最大值在土壤中0-5cm。堿蓬與棉田群落土壤全氮的垂直變化相似，都呈現出先上升后下降趨勢，其中，堿蓬群落最大值出現在10-20cm土層，為0.531g/kg，棉田群落最大值在5-10cm土層。蘆葦群落中全氮含量在剖面中的變化范圍為0.21-1.106g/kg，與其他群落相比含量最多，由表層至深層全氮含量逐漸降低，最大值在0-5cm土層。在有效氮的垂直剖面上（圖1B），檉柳群落最大值出現在5-10cm土層，為57.75mg/kg；與棉田群落的土壤速效氮變化趨勢相似，棉田群落中土壤有效氮最大值在5-10cm土層，為49.875mg/kg。堿蓬群落呈現逐漸下降趨勢，蘆葦群落有效氮含量變化范圍最大，總體上呈現逐漸下降趨勢。

分析原因可知，植物由于蒸騰作用及自身對養分的需求，使養分向根際轉移速率的增加， 當其大于植物自身對養分的吸收速率時，會導致這種養分在根際發生積累[13]，從而呈現出隨深度增加土壤氮含量的波動降低變化。蘆葦群落較其他群落的氮含量要高，尤其是表層，是因為蘆葦是多年生草本、有橫向生長的根狀徑，每年歸還土壤的氮素不易隨風、水等散失；枯萎后的蘆葦，不能立即覆蓋在濕地土壤表面，而是處于立枯狀態，有些立枯物能夠保持幾個月甚至幾年的時間[14]，加之該蘆葦間歇性處于滯水狀態，不利于有機氮的礦化分解[15]，從而表土層的全氮、有效氮含量比較大。檉柳的土壤表層氮含量較高，與檉柳的凋落物返回土壤有密切關系，因檉柳低矮，株型緊湊，能保護冠層下的凋落物不受損失，其枯枝落葉等在土壤微生物的作用下轉化成簡單含氮化合物[13]，導致含氮化合物在表層聚集。堿蓬的根系主要分布在0-30cm的土壤層，其為一年生草本，每年植株生長的環境都有所不同，土壤表層受風、雨等因素的影響較大，其全氮含量在10-20cm土層較高。棉田地屬農耕區，農田施肥主要以氮、磷、鉀肥料為主，且經常翻耕、周期性排干和生長季末的收獲且無凋落物返還，而且該地區土壤砂性較強，保肥能力較差，故棉田地全氮、有效氮在垂直剖面上的變化幅度較小。

2.2 土壤全氮與速效氮的水平分布

就每個群落內0-5cm表土而言（表1），氮含量以蘆葦群落中表土的差異較大，全氮標準差為0.44g/kg、有效氮為42mg/kg；而檉柳、堿蓬、棉田群落差別不明顯，全氮標準差變化在0.09-0.16g/kg，有效氮在5.37-15.01mg/kg說明在養分含量較高的群落，更易造成局部土壤理化性質的差異，這是因為隨著植物群落的生長，植物生物量和地表凋落物的差異會明顯，土壤中微生物的增減也會加劇，而在局部低洼裸露地形成高鹽區，從而造成蘆葦群落表層土壤氮變異較大。

以土壤氮指標的平均值成圖（圖2），反映出不同植被覆蓋下，表土全氮含量大小依次為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬，有效氮的分布特征與全氮相同，這與地表枯枝落葉層的分解補充不斷累積有關。堿蓬群落土壤表層全氮、有效氮含量明顯低于其他三種群落，一方面是因為堿蓬是原生濕地的先鋒種，易生長在貧瘠的土壤中，另一方面，堿蓬是一年生草本，對表層土壤氮素的儲存能力不強，這也反應了不同群落的初級生產力，以及植物群落固氮能力的差異[16]。

2.3 同一群落表層與深層的差異

由于不同群落地下水位埋深不同，故本文取群落表層與60-80cm土層來分析土壤中全氮、有效氮的差異（見圖3），由圖3可知，四種群落土壤氮表層均大于深層，這與氮積累于土壤表層并隨水或者其他介質向下層遷移擴散[17]有關。以表層氮含量減去深層氮含量再除以表層氮含量的百分比，可以得到表層與深層的相差比率（表2）。由相差率可知，土壤全氮表層與深層的相差率為檉柳>蘆葦>棉田>堿蓬；而速效氮的相差率為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬。分析原因可知，檉柳屬于灌木、根系相對較深，可以對深層土壤的無機氮吸收利用、產生根系分泌物和細根周轉歸還，而歸還的氮素以表層積累量為多，故其表層與深層全氮的相差比率最大。而對于蘆葦而言，土壤表層的腐殖質層較厚，故隨水或其他介質進入下層土壤的氮素也較多，使其土壤表層與深層的全氮差比率較檉柳群落要低；但其較厚的腐殖質層是有效氮提供了豐富的儲備庫，加之蘆葦的根系特征吸收利用無機氮主要在5cm以下土層（圖1B），所以其表層的有效氮與底層的相差比率最大。堿蓬是該區域的先鋒種，易生和在貧瘠的土壤中，故其表層和深層差比最小。

3 小結

（1）在全氮的垂直剖面上，檉柳群落土壤中全氮含量由表層往深層表現出逐漸遞減趨勢，堿蓬與棉田群落土壤全氮的垂直變化相似。在有效氮的垂直剖面上，檉柳群落與棉田群落的土壤速效氮變化趨勢相似，堿蓬群落呈現逐漸下降趨勢。蘆葦群落在全氮和有效氮的垂直剖面上變化范圍最大。這與蘆葦有橫向生長的根狀徑，枯萎后的蘆葦處于立枯狀態和間歇性處于滯水狀態有關。說明在蒸騰作用及植物對氮素需求的作用下，導致氮素在根際發生積累，從而呈現出隨深度增加土壤氮含量的波動降低變化。

（2）不同植被覆蓋下，0-5cm土壤表層全氮含量依次為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬，有效氮的分布特征與全氮相同，也反應了不同植物群落固氮能力的差異；就每個群落0-5cm表土而言，蘆葦群落的土壤全氮、有效氮標準差值都較高，反映出其生境的異質性較大，這與豐富腐殖質層的蘆葦群落局部生境存在鹽斑有著密切的關系，說明在養分含量較高的群落，更易造成局部土壤理化性質的差異。

（3）同一群落土壤表層與深層氮元素的相差比率表明，土壤全氮差比為檉柳>蘆葦>棉田>堿蓬；而速效氮的相差率為蘆葦>檉柳>棉田>堿蓬。這與蘆葦較厚的腐殖質層有關，厚的腐殖質層產生的氮更易故隨水或其他介質進入下層土壤，致使其土壤全氮差比率較檉柳群落要低；而其豐厚的腐殖質層為有效氮提供了儲備庫，可供植物吸收利用的無機氮主要在5cm以下土層，所以其表層與底層有效氮的相差比率最大。

【參考文獻】

[1]白軍紅，鄧偉，王慶改，等.內陸鹽沼濕地土壤碳氮磷剖面分布的季節動態特征[J].湖泊科學，2007，19（5）：599-603.

[2]張金屯.全球氣候變化對自然土壤碳，氮循環的影響[J].地理科學，1998，18（5）：463-471.

[3]李忠佩，王效舉.小區域水平土壤有機質動態變化的評價與分析[J].地理科學， 2000，20（2）：182-188.

[4]余曉鶴，朱培立，黃東邁，等.土壤表層管理對稻田土壤氮礦化勢、固氮強度及銨態氮的影響[J].中國農業科學，1991（1）：73-79.

[5]王永麗，于君寶，董洪芳，等.黃河三角洲濱海濕地的景觀格局空間演變分析[J]. 地理科學，2012，32（6）：717-724.

[6]趙欣勝，崔保山，孫濤，等.黃河三角洲潮溝濕地植被空間分布對土壤環境的響應[J].生態環境學報，2010，19（8）：1855-1861.

[7]劉加珍，李衛衛，陳永金，等.黃河三角洲濕地水鹽影響下灌草群落的物種多樣性研究[J].生態科學，2015，34（5）：135-141.

[8]夏江寶，陳印平，王貴霞，等.黃河三角洲鹽堿地不同造林模式下的土壤碳氮分布特征[J].生態學報，2015，35（14）：4633-4641.

[9]賈佳，白軍紅，高照琴，等.黃河三角洲潮間帶鹽沼土壤碳、氮含量和儲量[J].濕地科學，2015（6）.

[10]夏志堅，白軍紅，賈佳，等.黃河三角洲蘆葦鹽沼土壤碳、氮含量和儲量的垂直分布特征[J].濕地科學，2015（6）.

[11]陳永金，靖淑慧，杜婷婷，等.濱海濕地原生灌草群落土壤養分與鹽分關系[J]. 南水北調與水利科技，2015（5）：1029-1034.

[12]中國土壤學會.土壤常規分析方法[M].科學出版社，1965.

[13]何秀平，王保棟，謝琳萍.檉柳對鹽堿地生態環境的影響[J].海洋科學，2014，38（1）：96-101.

[14]潘根興，李戀卿，張旭輝，等.中國土壤有機碳庫量與農業土壤碳固定動態的若干問題[J].地球科學進展，2003，18（4）：609-618.

[15]王玲玲，孫志高，牟曉杰，等.黃河口濱岸潮灘不同類型濕地土壤氮素分布特征[J].土壤通報，2011，42（6）：1439-1445.

[16]凌敏，劉汝海，王艷，等.黃河三角洲檉柳林場濕地土壤養分的空間異質性及其與植物群落分布的耦合關系[J].濕地科學，2010，8（1）：92-97.

[17]劉興華，陳為峰，段存國，等.黃河三角洲未利用地開發對植物與土壤碳、氮、磷化學計量特征的影響[J].水土保持學報，2013，27（2）：204-208.

[18]王海梅，李政海，宋國寶，等.黃河三角洲植被分布、土地利用類型與土壤理化性狀關系的初步研究[J].內蒙古大學學報：自然科學版，2006，37（1）：69-75.

[19]丁秋祎，白軍紅，高海峰，等.黃河三角洲濕地不同植被群落下土壤養分含量特征[J].農業環境科學學報，2009，28（10）：2092-2097.

[責任編輯：朱麗娜]