吉安城郊不同土地利用方式下的土壤氮素特征

宋勇生，李德福

吉安城郊不同土地利用方式下的土壤氮素特征

*宋勇生1,2，李德福1

（1. 井冈山大学生命科学学院，江西，吉安 343009；2. 江西省生物多样性与生态工程重点实验室，江西，吉安 343009）

以吉安市城郊各类典型土地利用方式下的土壤为研究对象，选取菜地（V）、城市绿地（G）、林地（F）、稻田（P）四种土地利用类型，分析不同土壤0~10 cm和10~20 cm层次中的氮素形态及其含量。结果表明：吉安市城郊地区表层0~10 cm土壤全氮含量为564~964 mg·kg-1，土壤中以稻田最高，平均含量为964 mg·kg-1，其次是菜地、绿地和林地土壤，其平均含量分别为769，646和564 mg·kg-1；铵态氮和水解氮在稻田0~10 cm土壤中的平均含量分别为99.2 mg·kg-1和120 mg·kg-1，远高于菜地、绿地和林地；土壤硝态氮含量为3.08~27.2 mg·kg-1，硝态氮在4种土地利用类型中土壤含量大小顺序大致为：菜地≈绿地>稻田>林地。不同形态的氮素含量在10~20 cm土壤中的变化规律与0~10 cm基本相同；对于同一土地利用类型土壤不同层次间的各种氮素含量，均是0~10 cm高于10~20 cm。

土地利用方式；氮素；速效氮；城郊土壤；吉安市

氮素是植物生长发育所必需的大量元素之一[1]，也是土壤肥力质量的一个重要指标。由于土壤中氮素存在形态多种多样，不同形态的氮生物有效性不同，各氮素形态循环过程也并不一致，但在土壤有效氮的供应中又起着各自独特的作用。土地利用变化是影响陆地生态系统氮循环的主要人为因素之一，其对全球生物地球化学循环的影响日益受到人们的重视[2]。土地利用方式不同，直接影响土壤养分物质的输入和输出，进而深刻影响土壤的养分贮量。合理的土地利用方式有利于土壤氮素的固定，不合理土地利用方式将会影响土壤氮素的矿化、运输、和植物的吸收和利用并造成土壤氮素的差异[3-7]，甚至导致土壤氮的损失，使其逆转为氮源。

土地利用方式体现了管理与决策的因素，不仅影响到土壤中养分元素的利用效率，而且对不同土地单元中氮、磷等营养元素的滞留与转化也产生影响[8]。因此，针对土壤中氮的不同形态进行定量研究，对揭示土壤氮素状况和土壤氮素循环特点具有重要意义。研究不同土地类型土壤中氮素的区域变化特征，可以及时掌握土壤中养分的盈亏平衡，科学合理使用土地，降低养分流失的潜在危险均具有重要意义[9-11]。

国内外许多学者研究表明，在气候和土壤等自然条件基本相同的条件下，土地利用方式对土壤氮素及其转化具有重要的影响[12-13]。孙庚等[14]研究表明，不同管理措施对土壤氮、碳库，氮转化速率和土壤呼吸有显著影响，围栏草地的全氮、有机质含量分别比天然放牧草地高58%和61%；对祁连山区草地不同放牧强度下土壤全氮动态的研究结果也发现，轻度放牧地与中度及重度放牧地之间土壤全氮量均有明显差异[15]；此外，随着土地利用方式的改变，土壤氮素形态和含量都会产生明显变化[16]。不同地区自然条件和受人类干扰强度差别较大，土地利用方式及其变化对土壤氮库的影响和作用具有明显的区域特征，在已有的研究中，对于城市内部不同土地利用方式下土壤氮库的影响研究鲜有报道[17-18]。

本研究通过实地采样及实验室分析测定等手段，对江西吉安市城郊地区不同土地利用方式下土壤氮素形态及其含量进行了分析，研究不同土地利用方式下的土壤氮素及其转化状况，探讨土壤氮素及其转化特征对几种主要土地利用方式的响应，分析造成土壤氮素含量变化的原因，以期为吉安城郊不同土地利用类型土壤肥力恢复及区域土地利用规划提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

吉安市地处江西省中西部，赣江中游，罗霄山脉中段。位于北纬25°58'32"至27°57'50"、东经113°46'至115°56'之间。全市土地总面积约2.53万平方公里，占全省土地总面积的15.14%。赣江自南向北流经全境，山地占总面积的51%，丘陵、岗地占29%，平原占l4%，水面占6%。境内土地利用类型齐全，区域差异则较明显。常态地貌类型以山地和丘陵为主。整个地势东西高耸、南部突起、中部低平、北部平坦而由边及里三面逐渐向北倾斜，构成以吉安、泰和为中心的吉泰盆地。该区域土壤肥沃，主要的土壤类型有水稻土和红壤等类型。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集与处理

基于研究区现有的土地利用类型，重点选择吉州区东门菜地（V）、白鹭洲公园绿地（G）、井冈山大学校园内湿地松林地（F）和青原区尹家村稻田（P）四种典型土地利用类型，在每一个样地中选择地势平坦，有代表性的地块，选定距离在50 m以上的3个样点作为重复，在每一个样点内进行5次亚抽样，用内径为6 cm的土钻分别采集0~10和10~20 cm土层的土壤，同一层次的土壤混合成1个土样。同时，在土壤剖面上按0~10 cm和10~20 cm土层用环刀法取原状土样3个，用作测定土壤容重。将土样用塑料袋密封，带回实验室。每次采集土壤样品后，迅速将部分鲜土样品过20目土壤筛，并分别用2 mol·L-1的 KC1和二水硫酸钙按水土比例 5:1进行土壤浸提，浸提液用于铵态氮和硝态氮含量的测定。剩余土样挑去可见的砾石、土壤动物和植物残体，经风干，轻轻碾碎过100目分样筛，混匀，所得样品用塑料袋密封保存，用于测定土壤全氮和水解性氮。不同土地利用类型土壤的基本性状如表1。

表1 不同土地利用方式下的土壤基本性质

1.2.2 样品测定

土壤全氮的测定采用半微量定氮蒸馏法[19]。采用酚二磺酸比色法[20]测定土壤硝态氮；采用碱解扩散法[21]测定土壤铵态氮；采用碱解扩散法[19]测定土壤水解性氮。

1.3 数据处理

采用excel和SPSS16.0软件对试验数据进行处理，采用单因素方差分析（ANOVA），当F检验显著时，进行均值间LSD显著性检验。所有图形均使用Sigmaplot 11.0作图软件进行绘制。

2 结果与讨论

2.1 不同土地利用类型的土壤铵态氮含量

铵态氮是植物可吸收态氮，其在土壤中的含量与变化与农田施肥及作物吸收之间的关系更为密切[22]。同时，其动态消长也在一定程度上反映了土壤中微生物的活动状况[23]。虽然同为植物吉安市城郊地区0~10 cm土层土壤铵态氮含量为36.2~99.2 mg·kg-1，10~20 cm土层土壤铵态氮含量为12.6~47.3 mg·kg-1（图1）。不同土地利用方式下的土壤铵态氮含量存在较为显著的差异。从平均含量来看，无论表层还是底层，都是稻田的铵态氮含量最高，分别为99.2 mg·kg-1和47.3 mg·kg-1；菜地其次，分别只有66.2 mg·kg-1和31.5 mg·kg-1，占稻田的66.7%和66.6%；林地最低，分别只有36.2 mg·kg-1和14.2 mg·kg-1，仅相当于稻田的36.5%和30%。稻田和菜地的人类干扰强度要林地，耕种过程中施用氮肥会导致土壤铵态氮明显积累。从不同土壤层次的铵态氮来看，在0~10 cm土层，稻田>菜地≈绿地>林地，而在10~20 cm土层，稻田>菜地>绿地≈林地。虽然绿地和菜地的植物都为浅根系植物，但绿地铵态氮含量在10~20 cm的土层显著低于菜地，其原因是可能是由于绿地经常被践踏而菜地经常被松土导致的结果。

图1 不同土地利用类型下的土壤铵态氮含量

2.2 不同土地利用类型土壤硝态氮含量

吉安城郊表层0~10 cm土壤硝态氮含量为11.1~27.2 mg·kg-1，不同土地利用类型间土壤硝态氮含量没有显著性差异；10~20 cm土层土壤硝态氮含量为3.08~11.0 mg·kg-1（图2），其中菜地与绿地显著高于稻田与林地。与铵态氮明显不同硝态氮分布特点是菜地、绿地总体要高于稻田和林地，这与吕学军等在黄河三角洲进行的试验结果非常相似[24]。虽然同为植物可吸收态氮，但由于硝酸根离子不易被带负电荷的土壤颗粒吸附，在土壤中易随水流失。因此，对于经常处于淹水状态的稻田或深根系的林地而言，硝态氮很容易迁移到下层土壤中。如果土壤中硝态氮含量过高，还会对地下水环境造成影响。而对于常处于相对干旱的菜地和绿地，硝态氮主要积累在表层土壤中。另外，从本实验结果来看，近地表的植被覆盖如绿地和菜地可能会对土壤硝态氮储藏与循环具有一定的保护效应。

图2 不同土地利用下的土壤硝态氮含量

2.3 不同土地利用类型土壤水解性氮含量

从图3可知，不同土地利用方式下的土壤水解氮含量差异显著(< 0.05)，含量高低顺序大致为：稻田> 菜地> 绿地> 林地。林地土壤水解氮含量最低，表层和下层分别较稻田降低43.6%和36.4%；其次为绿地，上下层土壤水解氮含量较稻田分别降低19.9%和36.4%。绿地和林地很少施用肥料，主要依靠枯枝落叶、根茬及根系分泌物等有机物归还土壤，土壤易矿化态氮含量较低，有可能导致土壤供氮潜力逐年降低[6]。因此，有必要采取适当的施肥措施逐步提高土壤氮素供应潜力。

图3 不同土地利用下的土壤水解氮含量

2.4 不同土地利用类型的土壤全氮含量

已有研究表明[25]，不同土地利用类型下，作物对氮肥的需求规律，土壤中营养元素平衡以及微生物活动等，都会对土壤氮素含量及形态产生影响。由图4可知，对于0~10 cm土壤，全氮含量以稻田土壤最高，其平均值达到964 mg·kg-1，其次是菜地和绿地，其平均含量分别为769和646 mg·kg-1，最低的林地仅有564 mg·kg-1。稻田、菜地和绿地的全氮含量均显著高于林地土壤的全氮含量。不同土地利用方式下底层10~20 cm土壤全氮含量与0~10 cm土层结果相似，只是含量更低，范围在为422~769 mg·kg-1之间。根据全国第二次土壤普查结果，全国平均耕作层土壤全氮含量为1.05 g·kg-1，从本试验结果来看，吉安市城郊地区土壤全氮含量均低于全国平均水平。土壤中全氮含量的差异，主要是不同用地利类型下土壤氮素累积与消耗程度不同所致。

图4 不同土地利用下的土壤总氮含量

综上而言，稻田、菜地和公园绿地的氮含量较高与农业管理中施肥密切相关，化肥的大量施用导致了这几种形态的氮素保持了较高的含量；而林地的管理中，肥料的投入十分有限，另外受制于土体发育不明显和理化性状差等原因，导致各种形态的氮含量水平都较低。

2.5 不同土地利用方式下土壤中不同形态氮素含量比较

由表2可以看出，就不同土地利用方式下不同形态土壤氮素含量比较而言，不管是0~10 cm还是10~20 cm土壤，均是水解氮> 铵态氮> 硝态氮，其中水解氮的含量大致等于铵态氮和硝态氮之和。一般而言，土壤中的铵态氮、硝态氮或水解氮含量均可用于指示土壤速效氮状况，但从本试验结果来看，水解氮最能代表土壤速效氮的指标。

表2 不同土地利用方式下的土壤铵态氮、硝态氮和水解氮含量比较

3 结论

（1）不同土地利用方式下土壤全氮含量呈显著性变化：稻田>菜地>绿地>林地；对不同土层而言，表层0~10 cm土壤中的全氮含量高于底层10~20 cm土壤。

（2）铵态氮和水解氮林地土壤中的含量远低于其它3种土地利用类型，其由大到小的顺序依次为：稻田>菜地>绿地>林地；与铵态氮和水解氮不同，硝态氮在4种土地利用类型中土壤含量大小顺序大致为：菜地≈绿地>稻田>林地。无论是哪种形态的氮，其含量在10~20 cm土壤中与其在0~10 cm土壤中的变化规律基本相同。

（3）碱解氮是最能反映土壤速效氮状况的指标。无论哪种土地利用类型，水解氮含量均约为铵态氮和硝态氮之和。另外，不同土地利用方式下，无论上层还是下层土壤均呈现水解氮>铵态氮>硝态氮的现象，这主要和农业用地施肥制度和管理方式有关。

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CHARACTERISTICS OF SOIL NITROGEN UNDER DIFFERENT LAND USE TYPES IN JI’AN CITY

*SONG Yong-sheng1,2，LI De-fu1

(1. School of Life Sciences, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China; 2. Key Laboratory for Biodiversity Science and Ecological Engineering, Jiangxi Province, Ji’an, Jiangxi 343009, China)

This study was set up to characterize the effect of land use on soil nitrogen and its transformation in suburb soil in Ji’an city, soils under four types of land use were employed, i.e., vegetable land (V), green land (G), forest land (F) and paddy field (P). The results showed that the greatest total nitrogen in top soil layer (0~10 cm) was in the paddy land, followed by vegetable land and green land, and the least was in forest land soil. The mean value from the greatest to the least was 964, 769, 646 and 564 mk·kg-1, respectively. In 10~20 cm soil layer, the average concentration of the total nitrogen was 769 mg·kg-1in paddy soil, which is higher than that in the other three land use types. The average concentration of NH4+-N and hydrolysis N in 0-10 cm paddy soil layer is 99.2 and 119 mg·kg-1, respectively, far higher than that in other three land use types, while NO3--N in different land use types was similar, range in from 11.1 to 27.2 mg·kg-1. Soil NH4+-N, NO3--N and hydrolysis N concentration in 10~20 cm layer in different land use soils showed the similar changes as those in top layer (0~10 cm). The results also showed that the different nitrogen concentrations at 0-10 cm soil layer was greater than those at 10~20 cm soil layer in the same land use types.

land use; soil nitrogen; available nitrogen; suburb soil; Ji'an city

X144

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2012.06.010

1674-8085(2012)06-0040-06

2012-07-12；

2012-08-28

国家自然科学基金项目(41161050)；江西省教育厅科学技术计划项目(GJJ10690)；江西省生物学高水平学科

*宋勇生(1977-)，男，江西吉水人，讲师，博士，主要从事环境污染与生态恢复、土壤资源利用方面研究(E-mail: yshsong001@126.com)；

李德福(1988-)，男，江西万年人，井冈山大学生命科学学院2008级本科生(E-mail: lidefu88kl@163.com).