冻融作用对保护地土壤氮、钾及有机质的影响

李 晶，梁洪月，梁运江#

1.延边大学 地理与海洋科学学院，吉林延吉 133002；2.延边大学 农学院，吉林延吉 133002

土壤冻融作用是自然界中最常见的过程，它使土壤经历一系列物理和化学变化，导致土壤理化性质发生改变[1]。土壤磷素转化受各种因素的影响，包括干湿交替、冻融交替[2]。在东北山地地区，由于土地有限和气候的影响，当地多采用保护地种植，而大棚多掀棚过冬，因而出现冻融交替现象[3-6]。通过室内模拟，研究冻融对保护地土壤的影响，可揭示冻融作用下保护地土壤有机质和氮钾养分的变化规律，还可为科学施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

在吉林省龙井市郊区采集5处典型的保护地耕层土壤，其基本化学性质见表1。

表1 供试土壤的基本性质

1.2 样品的处理

将取回的每种土壤设5个处理，分别处理为1次冻融交替（1FTC）、3次冻融交替（3FTC）、5次冻融交替（5FTC）、7次冻融交替（7FTC），最后一次处理做未冻融交替的对照（CK）。

具体的每次处理如下：称取100 g土壤，调节其含水量为田间持水量的60%，并置于-12℃的低温培养箱中24 h。然后，转移到28℃的恒温培养箱中培养24 h后使其溶解。冻融结束后，立即进行测定。

1.3 样品的测定

土壤OC、AN、AP、AK、TN、TP、TK和pH值采用常规方法测定[7]。土壤水溶性有机质测定：用去离子水作浸提剂，水土比为5∶1，振荡6 h后，取适量上清液按丘林法进行测定；易氧化有机质按丘林法进行测定，不同之处在于将消煮温度由180℃降低至130℃；土壤硝态氮采用紫外分光光度法；土壤铵态氮采用氯化钾浸提—靛酚蓝比色法[8-9]。

2 结果与分析

2.1 冻融作用对保护地土壤有机质的影响

2.1.1 冻融作用对保护地土壤有机质总量的影响将土壤有机质总量随冻融交替次数增加的变化情况绘制成曲线图（图1）。由图1可以看出，随着冻融次数的增加，各土样的有机质含量变化不大，方差分析结果表明，经过不同冻融次数的保护地土壤有机质含量差异不显著(P＞0.05)。

图1 土壤有机质总量随冻融次数的变化

2.1.2 冻融作用对保护地土壤水溶性有机质含量的影响水溶性有机质是微生物能够快速利用的碳源，对土壤养分的聚集、迁移、转化具有重要的作用[10-12]。

将土壤水溶性有机质含量随冻融交替次数增加的变化情况绘制成曲线图（图2）。由图2可以看出，保护地土壤经过冻融交替后，水溶性有机质含量均比初始时有所增加。随着冻融次数的增加，保护地土壤水溶性有机质含量逐渐增加，在5次冻融后达到最高值，继续增加冻融次数，则水溶性有机质含量又开始下降。

图2 土壤水溶性有机质含量随冻融次数的变化

2.2 冻融作用对保护地土壤氮素的影响

2.2.1 冻融作用对保护地土壤硝态氮含量的影响土壤硝态氮含量随冻融交替次数增加的变化情况见图4。由图4可知，随着冻融次数的增加，各土样的硝态氮含量变化均不大，方差分析结果也表明，不同冻融次数下保护地土壤硝态氮含量差异不显著（P＞0.05）。说明土壤经过短时间的冻结，再融化时，硝态氮含量基本不变。

图4 土壤硝态氮含量随冻融次数的变化

2.2.2 冻融作用对保护地土壤铵态氮含量的影响土壤铵态氮含量随冻融交替次数增加的变化情况见图5。由图5可以看出，铵态氮的含量随着冻融次数的增加而增加。硝态氮含量增加原因可能是土壤融化时土壤水分含量增多，呈还原条件，有利于铵态氮的形成。另外，冻融交替促使有机态氮转化为铵态氮。

图5 铵态氮含量随冻融次数的变化

2.2.3 冻融作用对保护地土壤碱解氮含量的影响土壤碱解氮含量随冻融交替次数增加的变化情况见图6。随着冻融次数的增加，保护地土壤碱解氮的含量变化不大。方差分析结果表明，各冻融次数处理之间的土壤碱解氮含量差异不显著（P＞0.05）。由此说明，经过多次冻融作用后，土壤中的碱解氮含量基本保持不变。

图6 碱解氮含量随随冻融次数的变化

2.3 冻融作用对保护地土壤钾素的影响

2.1.3 冻融作用对保护地土壤易氧化有机质含量的影响土壤有机质是农业可持续发展系统的主要因素，其变化主要发生在易氧化有的机质库[13-14]。

将土壤易氧化有机质含量随冻融交替次数增加的变化情况绘制成曲线图（图3）。由图3可见，随冻融次数的增加，保护地土壤易氧化有机质缓慢增加，在3FTC时达到最大值，而后又呈下降趋势。原因可能是先有部分稳固态有机质转化为易氧化有机质，使其含量增加，但随着冻融次数继续增加，部分易氧化有机质又转化成水溶性有机质，使易氧化有机质含量又降低。

图3 土壤易氧化有机质含量冻融次数的变化

2.3.1 冻融作用对保护地土壤缓效钾含量的影响土壤缓效钾含量的变化情况见图7。随着冻融次数的增加，保护地土壤缓效钾的含量呈下降趋势，经历3次冻融后又呈增长趋势。同时，方差分析结果表明，不同冻融次数处理下缓效钾含量差异显著（P＜0.05）。因此，冻融交替可导致土壤缓效钾的释放，而释放量随冻融次数增加呈先增加而后减少趋势。随着冻融程度的加剧，一部分矿物态钾被转化成缓效钾和速效钾被固定，使缓效钾含量又开始增加。

图7 土壤缓效钾含量冻融次数的变化

2.3.2 冻融作用对保护地土壤速效钾含量的影响土壤速效钾含量随冻融交替次数增加的变化情况见图8。由图8可知，土壤随着冻融次数增加，其速效钾含量变化不大。

图8 土壤速效钾含量随冻融次数的变化

3 结论

（1）随着冻融次数的增加，保护地土壤有机质总量变化不大，水溶性有机质含量与初始相比明显增加。水溶性有机质和易氧化有机质含量都呈先增加后减少趋势，水溶性有机质含量在5次冻融后达最大值，易氧化有机质含量在3次冻融后达最大值。

（2）冻融作用对保护地土壤硝态氮和碱解氮影响不大，但使土壤铵态氮含量显著增加。

（3）冻融作用对保护地土壤速效钾影响不显著；对保护地土壤缓效钾含量的影响表现为随冻融次数增加而呈先减少后增加趋势。