黄河三角洲不同植被类型下土壤氮的差异研究

朱源山　冯若昂　靖淑慧　张天举

【摘 要】依据柽柳、碱蓬、芦苇、棉田4种植物群落下的土壤样品资料，分析了滨海湿地不同植物群落下土壤全氮、有效氮含量的变化差异，结果表明：（1）蒸腾作用及植物对氮素的需求，导致氮素在根际发生积累，从而柽柳、碱蓬、芦苇、棉田4种植物群落的土壤全氮含量的随着土层深度增加而呈波动降低变化，土壤速效氮的垂直变化与全氮相似，其中，芦苇的波动性最大反映出该群落的土壤养分较丰富，尤其是表层。（2）不同植被覆盖下，表土的全氮、有效氮大小顺序为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬，反应了不同植物群落固氮能力的差异；就每个群落0-5cm表土而言，芦苇群落的土壤全氮、有效氮变异性都较大，说明在养分含量较高的群落，更易造成局部土壤理化性质的差异。（3）土壤表层与深层全氮的差比大小顺序为柽柳>芦苇>棉田>碱蓬；而速效氮的相差率为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬，反映出高腐殖质层的芦苇群落，0-5cm表层是可供植物利用的无机氮的重要储备库。

【关键词】植被群落；湿地土壤；氮含量；黄河三角洲

土壤氮是植物生长发育所需要的重要元素，影响着植物的生产力与植被类型；反过来，植物残体输入量以及植被类型也影响着氮素的动态[1]。土壤中全氮的含量变化决定于氮素的输入和输出量的相对大小[2]。氮素的输入量主要依赖于植物残体的归还量及生物固氮，也有少部分来源于大气沉降[3]，全氮的输出量则主要包括分解和侵蚀损失，其受各种生物和非生物条件的控制[4]。

黄河三角洲是中国暖温带地区最完整、最广阔、最年轻的新生湿地生态系统[5]，其土壤养分含量变化受水、盐、植被类型[6]等多种因素的影响，区域物种多样性的高低受制于养分与盐分含量的多寡[7]。有研究表明，不同造林模式下的土壤氮养分含量均显著高于裸地（白蜡林除外），农林间作模式下可溶性全氮和可溶性有机氮平均含量均高于纯林模式[8]；土壤中全氮、硝态氮、全氮储量与有机碳含量显著相关[9]，具体表现为全氮的垂直分布受制于土壤有机质的分布，氮储量主要集中分布在土壤表层[10]，并且全氮与全盐之间存明显的倒数关系[11]。本文以不同植物群落下土壤氮含量的差异为研究对象，分析群落变化对土壤氮的影响，以期为滨海湿地营养元素生物地球化学循环过程及湿地生态系统的恢复、保护和管理提供参考。

1 研究方法

1.1 样品采集

选择典型的四种植被群落即柽柳群落、碱蓬群落、芦苇群落、棉田群落，分别进行土壤剖面采样，采样深度为0-5cm、5-10cm、10-20cm、 20-40cm、40-60cm、60-80cm等分层采样，直至采到地下水水位，同时每个群落表层随机布点6次，采集表层0-5cm的土壤样品6个。对每个采样点用GPS进行定位，并记录每个采样点周围的地形地貌和植被类型。

1.2 测试方法与数据处理

将采集的土壤样品经自然风干、研磨、过筛等预处理后，采用凯氏蒸馏法测定全氮（TN），碱解扩散法测定有效氮（ AN）[12]。根据野外实测数据与实验室的分析结果，采用Excel2010软件进行数据处理及绘图；采用SPSS18.0 软件进行极值、均值和方差的计算。

2 结果与分析

2.1 土壤全氮、有效氮的垂直分布

在全氮的垂直剖面上（图1A），柽柳群落土壤中全氮含量由表层往深层表现出逐渐递减趋势，全氮含量最大值在土壤中0-5cm。碱蓬与棉田群落土壤全氮的垂直变化相似，都呈现出先上升后下降趋势，其中，碱蓬群落最大值出现在10-20cm土层，为0.531g/kg，棉田群落最大值在5-10cm土层。芦苇群落中全氮含量在剖面中的变化范围为0.21-1.106g/kg，与其他群落相比含量最多，由表层至深层全氮含量逐渐降低，最大值在0-5cm土层。在有效氮的垂直剖面上（图1B），柽柳群落最大值出现在5-10cm土层，为57.75mg/kg；与棉田群落的土壤速效氮变化趋势相似，棉田群落中土壤有效氮最大值在5-10cm土层，为49.875mg/kg。碱蓬群落呈现逐渐下降趋势，芦苇群落有效氮含量变化范围最大，总体上呈现逐渐下降趋势。

分析原因可知，植物由于蒸腾作用及自身对养分的需求，使养分向根际转移速率的增加， 当其大于植物自身对养分的吸收速率时，会导致这种养分在根际发生积累[13]，从而呈现出随深度增加土壤氮含量的波动降低变化。芦苇群落较其他群落的氮含量要高，尤其是表层，是因为芦苇是多年生草本、有横向生长的根状径，每年归还土壤的氮素不易随风、水等散失；枯萎后的芦苇，不能立即覆盖在湿地土壤表面，而是处于立枯状态，有些立枯物能够保持几个月甚至几年的时间[14]，加之该芦苇间歇性处于滞水状态，不利于有机氮的矿化分解[15]，从而表土层的全氮、有效氮含量比较大。柽柳的土壤表层氮含量较高，与柽柳的凋落物返回土壤有密切关系，因柽柳低矮，株型紧凑，能保护冠层下的凋落物不受损失，其枯枝落叶等在土壤微生物的作用下转化成简单含氮化合物[13]，导致含氮化合物在表层聚集。碱蓬的根系主要分布在0-30cm的土壤层，其为一年生草本，每年植株生长的环境都有所不同，土壤表层受风、雨等因素的影响较大，其全氮含量在10-20cm土层较高。棉田地属农耕区，农田施肥主要以氮、磷、钾肥料为主，且经常翻耕、周期性排干和生长季末的收获且无凋落物返还，而且该地区土壤砂性较强，保肥能力较差，故棉田地全氮、有效氮在垂直剖面上的变化幅度较小。

2.2 土壤全氮与速效氮的水平分布

就每个群落内0-5cm表土而言（表1），氮含量以芦苇群落中表土的差异较大，全氮标准差为0.44g/kg、有效氮为42mg/kg；而柽柳、碱蓬、棉田群落差别不明显，全氮标准差变化在0.09-0.16g/kg，有效氮在5.37-15.01mg/kg说明在养分含量较高的群落，更易造成局部土壤理化性质的差异，这是因为随着植物群落的生长，植物生物量和地表凋落物的差异会明显，土壤中微生物的增减也会加剧，而在局部低洼裸露地形成高盐区，从而造成芦苇群落表层土壤氮变异较大。

以土壤氮指标的平均值成图（图2），反映出不同植被覆盖下，表土全氮含量大小依次为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬，有效氮的分布特征与全氮相同，这与地表枯枝落叶层的分解补充不断累积有关。碱蓬群落土壤表层全氮、有效氮含量明显低于其他三种群落，一方面是因为碱蓬是原生湿地的先锋种，易生长在贫瘠的土壤中，另一方面，碱蓬是一年生草本，对表层土壤氮素的储存能力不强，这也反应了不同群落的初级生产力，以及植物群落固氮能力的差异[16]。

2.3 同一群落表层与深层的差异

由于不同群落地下水位埋深不同，故本文取群落表层与60-80cm土层来分析土壤中全氮、有效氮的差异（见图3），由图3可知，四种群落土壤氮表层均大于深层，这与氮积累于土壤表层并随水或者其他介质向下层迁移扩散[17]有关。以表层氮含量减去深层氮含量再除以表层氮含量的百分比，可以得到表层与深层的相差比率（表2）。由相差率可知，土壤全氮表层与深层的相差率为柽柳>芦苇>棉田>碱蓬；而速效氮的相差率为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬。分析原因可知，柽柳属于灌木、根系相对较深，可以对深层土壤的无机氮吸收利用、产生根系分泌物和细根周转归还，而归还的氮素以表层积累量为多，故其表层与深层全氮的相差比率最大。而对于芦苇而言，土壤表层的腐殖质层较厚，故随水或其他介质进入下层土壤的氮素也较多，使其土壤表层与深层的全氮差比率较柽柳群落要低；但其较厚的腐殖质层是有效氮提供了丰富的储备库，加之芦苇的根系特征吸收利用无机氮主要在5cm以下土层（图1B），所以其表层的有效氮与底层的相差比率最大。碱蓬是该区域的先锋种，易生和在贫瘠的土壤中，故其表层和深层差比最小。

3 小结

（1）在全氮的垂直剖面上，柽柳群落土壤中全氮含量由表层往深层表现出逐渐递减趋势，碱蓬与棉田群落土壤全氮的垂直变化相似。在有效氮的垂直剖面上，柽柳群落与棉田群落的土壤速效氮变化趋势相似，碱蓬群落呈现逐渐下降趋势。芦苇群落在全氮和有效氮的垂直剖面上变化范围最大。这与芦苇有横向生长的根状径，枯萎后的芦苇处于立枯状态和间歇性处于滞水状态有关。说明在蒸腾作用及植物对氮素需求的作用下，导致氮素在根际发生积累，从而呈现出随深度增加土壤氮含量的波动降低变化。

（2）不同植被覆盖下，0-5cm土壤表层全氮含量依次为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬，有效氮的分布特征与全氮相同，也反应了不同植物群落固氮能力的差异；就每个群落0-5cm表土而言，芦苇群落的土壤全氮、有效氮标准差值都较高，反映出其生境的异质性较大，这与丰富腐殖质层的芦苇群落局部生境存在盐斑有着密切的关系，说明在养分含量较高的群落，更易造成局部土壤理化性质的差异。

（3）同一群落土壤表层与深层氮元素的相差比率表明，土壤全氮差比为柽柳>芦苇>棉田>碱蓬；而速效氮的相差率为芦苇>柽柳>棉田>碱蓬。这与芦苇较厚的腐殖质层有关，厚的腐殖质层产生的氮更易故随水或其他介质进入下层土壤，致使其土壤全氮差比率较柽柳群落要低；而其丰厚的腐殖质层为有效氮提供了储备库，可供植物吸收利用的无机氮主要在5cm以下土层，所以其表层与底层有效氮的相差比率最大。

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[责任编辑：朱丽娜]