紫色土區土壤氮元素特征研究

肖 飛

(重慶交通大學 河海學院，重慶400074)

氮是大氣圈中含量最豐富的元素，但也是陸地生態系統植物生產力的限制元素之一［1］。在自然生態系統中，土壤氮主要來自于生物固氮和隨降水進入土壤中的氮。在漫長的成土過程作用下，土壤氮形成了特定生態條件下的平衡。自然土壤被開墾后，土壤氮的含量下降，并建立新的平衡［2］。近幾十年來，國內外科研工作者在土壤氮素方面開展了大量的研究工作，其中包括不同尺度的氮庫估算［3－5］，氮素轉化規律［6－8］，氮素動態變化［9－10］，粒徑及團聚體分布對氮含量的影響［11－12］等等。已有的研究均具各自研究區域特點，但已有的研究對紫色土區氮特征研究相對較少。為此，筆者在調查紫色土不同土地利用方式、不同坡位條件下，研究土壤氮特征，同時分析影響氮素特征的原因。研究結果可為紫色土區乃至三峽庫區土地合理利用，減少養分流失提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區位于重慶市萬州區境內的五橋河流域，地處三峽工程影響最為集中的區域—三峽庫區中部，界于東經 107°52′46″～ 107°53′09″，北緯 30°50′23″～30°51′50″之間，流域面積 114.57 km2。流域地貌類型以丘陵、低山為主，氣候為中亞熱帶濕潤季風氣候，研究區多年平均氣溫17.4℃，相對濕度為78.2%，多年平均年降雨量1 211 mm，其中雨季集中于7—9月。土壤以紫色砂頁巖為成土母質所發育的紫色土為主體。

目前研究區內主要的土地利用方式為耕地、林地、園地和撂荒草地。其中，耕地以玉米－小麥輪作為主;林地為人地林，樹種為柏樹，生長年限已達7 a;園地種值柑桔，生長年限為5 a，撂荒草地為荒地在無人為干擾情況下，長滿野草，撂荒時限已超過3 a。

1.2 采樣方法

基于研究區現有的土地利用類型，選擇耕地、林地、園地和(撂荒)草地4種土地利用類型，在流域中按坡面不同位置將坡形分為坡頂、坡中、坡底，對不同坡位下4種土地利用類型土壤進行逐一采集。為了土樣之間具有可比性，要求土樣采集點坡向一致(本試驗采集點均位于陽坡)，且不同坡位4種土地利用類型下采樣點平均坡度相近。采樣深度為0～20 cm，用4分法采集后，帶回室內實驗室自然風干，進行測試。

1.3 樣品測定

1)土壤容重:環刀鋁盒法;

2)土壤粒徑組成:沉降法;

3)氮含量:全氮采用半微量開式蒸餾法，速效氮采用堿解擴散法;

4)磷含量:全磷含量采用鉬銻比色法，速效磷采用浸提劑法;

5)鉀含量:全鉀及速效鉀含量均采用火焰光度法;

6)有機碳含量:有機碳測定采用重鉻酸鉀法。

1.4 數據處理

數據分析基于Excel 2003進行，圖制作采用Origi 8.0完成。

2 結果與討論

2.1 不同坡位上土壤氮含量對比

土壤中全氮及速效氮含量的分布，明顯受到坡位影響(圖1)。

圖1 不同坡位上土壤氮含量對比Fig.1 Comparison of nitrogen content in the different slop position

研究結果發現，對于全氮含量的分布特征，除林地外，耕地、園地和草地均是坡底全氮含量最高，而坡中全氮含量最小;林地坡頂、坡中、坡底的全氮含量相差不大。相對于全氮含量，速效氮含量的分布特征顯示出一致性，4種土地利用類型，均是坡底最高，而坡中值最低。不同坡位上土壤全氮及速效氮含量的分布特征的差異，這主要是因為坡位不同導致的產匯流的不同特征。坡面上，坡中區域坡中立地條件相對較差，坡度陡，土壤潛在抗侵蝕能力最差;而坡底由于坡度變緩，在侵蝕過程中徑洲及徑流所攜帶的泥沙在坡底極易形成堆積，徑流和泥沙中的氮元素也就隨之堆積。

2.2 不同土地利用方式下土壤氮含量對比

研究區相同坡位土壤氮含量明顯土地利用及經營管理方式的影響(圖2)。

圖2 不同土地利用方式下土壤氮含量對比Fig.2 Comparison of nitrogen content in the different land use

對于坡頂和坡底區域，不同土地利用方式下全氮和速效氮含量的次序均是:林地>園地>草地>耕地;林地全氮與速效氮含量最大，這主要是因為林地已經過7 a時間的生長，土壤表層積累了較多的有機質，其氮素含量達到了一個相對穩定的較高水平;而由于果農在追求經濟效益最大化時，對園地進行了較高強度的化肥投入，土壤氮含量必然升高，但相對于林地，由于受到人為干擾影響，因此其全氮及速效氮含量相對于林地較低;而耕地雖說也有外界肥力收入，但每年收獲季，大量成熟作物收割后很少有殘茬還田，直接減少了氮含量;而草地雖說受人為干擾影響較小，但由于每年自身枯草積累量較小，而且枯草極易隨風漂移，最終影響了氮素的積累。坡中的4種土地利用方式下氮含量明顯不同于坡頂與坡底，坡中林地全氮與速效氮含量最高，而其它3種土地利用方式下的全氮和速效氮含量相差不大。這可能是由于坡中地區，土壤侵蝕頻繁，相對于3種土地利用方式，林地土壤的抗侵蝕性最強，而土壤侵蝕過程加劇了坡中氮元素的遷移和沉程的復雜性。

2.3 土壤中的碳氮比

碳氮比(C/N)是指土壤有機物中碳素總量和氮素總量的比例。研究發現，土壤樣品的全氮含量與有機碳含量相關性通過了極顯著性檢驗(p<0.01)(圖1)，土壤中C與N這兩者之間有近平行的關系。土壤C/N是否適應微生物的生活需要會大大影響有機質的轉化。土壤學中，一般微生物每分解25～30份碳大約需要一份氮，因此，如果土壤中C/N>25∶1，則微生物要么從土壤中吸取有效態的無機氮作為補償，以維持其應有的C/N，或者抑制自身的生長，以減少對氮的要求，前一種情況會造成微生物和作物爭奪土壤中的有效氮素;而后一種情況下土壤中有機物質的分解就會受到抑制。而本研究中的4種土地利用方式下，土壤C/N范圍為6.4～11.5之間，其中園地C/N范圍最低，而草地C/N范圍最高(表1)。4種土地利用方式下，土壤的C/N均低于25∶1，說明土壤就有充分的氮素供應，其有機體分解也較快，而且除滿足微生物對氮素的需求外，還會釋放出多余的氮素，供給植物生長。

圖3 土壤中碳氮Fig.3 The ratio between C and N in the soil

表1 不同土地利用方式下土壤C/NTab.1 The ratio between C and N in the soil in different land use

2.4 全氮含量與土壤其他理化指標的相關分析

研究區土壤樣品的相關分析見圖4(a)～圖(h)。

圖4 土壤全氮含量與土壤其他理化指標的相關分析Fig.4 The correlation between the full nitrogen content and the other physical-chemical properties

將研究區土壤樣品的全氮含量與土壤容重、黏粒(小于0.002 mm)含量、陽離子交換量(CEC)、速效氮含量、全磷含量、速效磷含量、全鉀含量、速效鉀含量進行相關分析。發現土壤全氮含量與土壤容重、全氮、速效氮、全鉀以及速效鉀含量相關性顯著(p<0.05)，而且與容重、全鉀含量呈負相關，與黏粒含量、速效氮、速效鉀呈正相關。該研究與王瑩等［13］研究有一定相似。在一般土壤中C、N含量越高，團粒結構越多，土壤單粒排列疏松，孔隙度越大，通氣性越好，這些物理性質，會促進土壤養分利用效率。

3 結論

1)土壤氮含量分布受坡位影響嚴重，通常坡底全氮及速效氮含量最高，坡中最低，反映了侵蝕特征過程。

2)土壤氮含量分布受土地利用影響嚴重，通常是林地全氮及速效氮含量最高而耕地最低，反映了人為干擾的影響。

3)研究區4種土地利用方式下，C/N范圍在7.3～13.9之間，體現了充分的氮素供應。

4)土壤全氮含量與土壤容重、黏粒含量、全氮、速效氮、全鉀以及速效鉀含量相關性顯著

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