野鸭湖湿地不同植被类型土壤养分要素研究

2014-08-14

环境与可持续发展 2014年3期

关键词：样区牛鞭全氮

(山西省环境科学研究院，太原 030027)

本文目的是以野鸭湖湿地研究对象，选择代表性样点，研究野鸭湖湿地生态系统中不同植被类型土壤养分要素特征，为野鸭湖湿地生态系统和环境研究提供科学数据。

1 材料和方法

1.1 实验材料与方法

本实验按照野鸭湖湿地所受干扰程度不同，划分了其中的两个地区，进行取样研究。样区一是野鸭湖自然保护区，人为干扰较少。样区二是康西草原地区，人为干扰较大。

本次试验主要从样区一和样区二采集样本，取样均匀分布在样区一和样区二内，用土钻采取耕层0—20cm土样，基本在腐殖质层，样本基本能够代表野鸭湖土壤特征。样区植被覆盖率较高，主要有牛鞭草群落、芦苇群落、三叶鬼1针草群落、杨树群落，苜蓿群落和其它杂草群落。各个群落分布有明显的地带性，其中野鸭湖周边主要分布三叶鬼针草群落，再向外则为主要杨树群落极其其它群落。样区二内样本从康西草原地区取样，由于样区内主要被当地人开发为骑马赛马等旅游项目的基地，所以当地植被主要群落以杂草群落为主。本次试验共从样区一和样区二共采样71个，其中样区一样本编号为1—53号，样区二内样本编号为54—77号，样区二内样本量为24个。

1.2 土壤样品的制备与检测

1.2.1 土壤样品的制备

将所采集的土壤样品混合均匀后，摊成圆形。在土壤样品上垂直的两条直径，将土壤样品分为四份，去掉对角线的两份，选取另外一条对角线上的两份土壤样品。将土壤样品粉碎使之通过20目的筛子，继续采用四分法，取通过20目筛子的土壤样品总量的1/2，再使用两次四分法，使土壤样品混合均匀，分别制取60目、100目的土壤样品以备实验检测。

1.2.2 土壤样品的检测

(1)土壤有机质

本实验检测土壤有机质采取丘林法。用重铬酸钾-硫酸溶液，在加热条件下氧化有机质，多余的重铬酸钾以其作为指示剂，待标定后用，用硫酸亚铁进行滴定，以耗去的重铬酸钾的量计算出C的含量。有机质中碳量一般为58%，所以用有机碳的分析结果直接乘以1.724，即算成土壤有机质的含量。

(2)土壤速效氮

本实验采用扩散吸收法。将样品置于扩散皿的外室中，加入NaOH和FeSO4的混合物，首先利用FeSO4的还原能力将硝态氮转化为氨态氮，再利用NaOH促进水解脱氨基和释放氨作用，使得氨态氮转化为氨气，释放的氨气扩散到皿外室中被过量的H3BO3吸收。我们通过盐酸滴定硼酸氨的量来间接确定土壤中的速效氮的含量。

(3)土壤速效磷

本实验采用碳酸氢钠浸提法。中性、石灰性土壤中的速效磷，多以磷酸一钙和磷酸二钙状态存在，可用0.5mol/LNaHCO3提取到溶液中，同时使浸提液中钙离子形成碳酸钙沉淀，然后将待测液用钼锑抗混合显色剂在常温下进行还原，使黄色的锑磷钼多酸还原成钼蓝，采用分光光度法求出待测溶液中磷的含量。

(4)土壤速效钾

本实验采用四苯硼钠比浊法。四苯硼钠与待测溶液中的钾离子在pH=8的碱性条件下，形成溶解度很小的四苯硼钾白色微细颗粒。此颗粒在甘油的保护剂下处于悬浮状态，具有一定的稳定性。氨离子与四苯硼钠也会形成白色的四苯硼铵沉淀，但在pH=8的碱性条件下，加入甲醛使铵离子形成六次甲基四胺而加以掩蔽。钙离子和镁离子在pH为8的碱性条件下，可形成碳酸钙沉淀，加入EDTA溶液形成钙镁络合物消除干扰。

(5)土壤全氮

本实验采用凯氏定氮仪测定法此法主要是在盐类和催化剂的参与下，用浓硫酸消煮，使有机氮分解为铵态氮。其中硫酸钾在消煮过程中可提高硫酸沸点，硫酸铜起催化作用，以加速有机氮的转化。

(6)土壤全磷

本实验采用钼锑抗比色法土壤样品与氢氧化钠熔融，使土壤中含磷矿物及有机磷化合物全部转化为可溶性的正磷酸盐，用水和稀硫酸溶解熔块，在规定条件下样品溶液与钼锑抗显色剂反应，生成磷钼蓝，用分光光度法定量测定。

2 结果与分析

在实验过程中，检测出的速效钾和速效磷含量极低，所以没有纳入最终分析数据当中，只采用有机质，速效氮，全氮和全磷的数据作为基础分析数据。本次研究参考《中国土壤元素背景》中报道的全国土壤(A层)背景值的25%、50%、75%和90%顺序统计量作为土壤的分级标准 (表1)和北京市土壤养分分等定级标准(表2)。

2.1 土壤中有机质的分析

据统计表明，在野鸭湖自然保护区内有机质含量介于0.386832%～3.468017%之间，平均值为1.21%。其中，三叶鬼针草群落所在土壤有机质平均值为1.7%，芦苇群落为1.23%，杨树群落稍低为1.17%，牛鞭草群落和苜蓿群落的平均值分别为1.16%和1.18%。在康西草原，主要的植物群落为杂草群落，土壤有机质含量介于1.6%～11.9%之间，平均值为0.78%。土地利用方式和土壤有机质关系密切，是有机质含量高低的主要影响因素之一。不同管理措施、凋落物量和质量的差异导致土壤有机质差异，根据我国土壤元素背景值中土壤有机质的分级标准，样区一内野鸭湖自然保护区整体有机质含量属于三级水平，三叶鬼针草群落的有机质含量属于二级水平，杨树群落的有机质含量属于三级水平，芦苇，牛鞭草和苜蓿群落平均有机质含量属于三级水平。样区二内的杂草群落的平均有机质含量属于四级水平，样本中最大值也只有三级水平。所以样区一内有机质含量远高于的样区二。样区一有机质含量的顺序为三叶鬼针草群落>芦苇群落>苜蓿群落>杨树群落>牛鞭草群落>杂草群落，具体见图1。样区一内凋落物量大，植物群落根系发达，较样区二更为潮湿，凋落物腐烂速度更快。样区二受人类干扰严重，使得样区内凋落物量明显少于样区一，并且样区二内常年没有被水淹没，土壤较为干燥，多种原因使得样区二有机质含量较低。

图1 不同群落类型的土壤有机质含量图

2.2 土壤中速效氮的分析

土壤速效氮是氮的速效养分，即现实供应指标，也就是土壤中近期可被植物吸收利用的有效养分。样区一速效氮含量平均值为44.1mg/kg，最大值为112mg/kg，最小值为3.5mg/kg，其中三叶鬼针草群落平均速效氮含量为112mg/kg，杨树群落45.5mg/kg，芦苇群落、牛鞭草群落、苜蓿群落分39.9mg/kg、36.3mg/kg、49mg/kg。样区二康西草原内杂草群落平均速效氮含量为39.81mg/kg，最大值为38.5mg/kg.根据北京市土壤养分定级标准，样区内三叶鬼针草群落速效氮含量属于高水平，杨树群落，芦苇群落、牛鞭草群落、苜蓿群落速效氮含量属于低等水平。样区二内的杂草群落含量属于低水平，样区内速效氮含量三叶鬼针草群落>苜蓿群落>杨树群落>芦苇群落>杂草群落>牛鞭草群落，具体见图2。苜蓿为人工栽培种，人工施肥的影响造成速效氮含量稍高于其他种。

图2 不同群落类型的土壤速效氮含量图

2.3 土壤中全氮的分析

全氮是土壤潜在供氮能力的体现。样区一内全氮平均含量为960mg/kg，最大值为1140mg/kg，最小值为745.628mg/kg，三叶鬼针草群落全氮含量为1017.98mg/kg，杨树群落、芦苇群、牛鞭草群落平均全氮含量分别为938.86mg/kg，912.1617mg/kg、984.7362mg/kg，苜蓿群落含量为1040.75mg/kg。样区二内全氮含量最大值为1167g/kg，最小值为845g/kg，杂草群落平均值为928.9396mg/kg。根据我国土壤元素背景值中全氮的分级标准，样区一中，三叶鬼针草群落和苜蓿群落全氮含量为三级水平，杨树、芦苇、牛鞭草群落含量属于四级水平。样区二内杂草群落全氮平均含量属四级水平。样区内全氮含量为苜蓿群落>三叶鬼针草群落>牛鞭草群落>杨树群落>杂草群落>芦苇群落，具体见图3。野鸭湖地区全氮含量水平相当，因此该地区潜在供氮能力相近。

图3 不同群落类型的土壤全氮含量图

2.4 土壤中全磷的分析

全磷是土壤提供磷的潜在能力，样区一内全磷含量平均值为383.7579111mg/kg，最大值556.8314mg/kg，最小值为153.7293mg/kg。三叶鬼针草、杨树、芦苇、牛鞭草、苜蓿群落的全磷含量分别为510.799mg/kg、466.7487mg/kg、298.5696mg/kg、401.9433mg/kg、454.4359mg/kg。样区二内杂草群落平均全磷含量为415.1669mg/kg。根据我国土壤元素背景值中全磷的分级标准，样区一以及样区二内所有植物类型平均全磷含量均较低，除芦苇群落全磷含量为六级外，其它群落均为五级。样区内全磷含量为三叶鬼针草群落>杨树群落>苜蓿群落>杂草群落>牛鞭草群落>芦荟群落，具体见图4。所以野鸭湖地区土壤潜在提供磷的能力相近。

3 结论

通过研究表明，样区一内总体有机质，速效氮，全氮和全磷含量都高于样区二。样区一内有机质含量的顺序为三叶鬼针草群落>芦苇群落>苜蓿群落>杨树群落>牛鞭草群落>杂草群落，速效氮含量三叶鬼针草群落>苜蓿群落>杨树群落>芦苇群落>杂草群落>牛鞭草群落，全氮含量为苜蓿群落>三叶鬼针草群落>牛鞭草群落>杨树群落>杂草群落>芦苇群落，全磷含量为三叶鬼针草群落>杨树群落>苜蓿群落>杂草群落>牛鞭草群落>芦苇群落。由于样区二受到人为影响比较大，由于凋落物量以及土壤湿度等因素影响，有机质和速效氮含量较样区一低很多。由于母质相同，样区一和样区二内潜在肥力供应力——全氮和全磷含量很相近。人为干扰对样区一和样区二有着很大影响。