凍融作用對保護地土壤氮、鉀及有機質的影響

李 晶，梁洪月，梁運江#

1.延邊大學 地理與海洋科學學院，吉林延吉 133002；2.延邊大學 農學院，吉林延吉 133002

土壤凍融作用是自然界中最常見的過程，它使土壤經歷一系列物理和化學變化，導致土壤理化性質發生改變[1]。土壤磷素轉化受各種因素的影響，包括干濕交替、凍融交替[2]。在東北山地地區，由于土地有限和氣候的影響，當地多采用保護地種植，而大棚多掀棚過冬，因而出現凍融交替現象[3-6]。通過室內模擬，研究凍融對保護地土壤的影響，可揭示凍融作用下保護地土壤有機質和氮鉀養分的變化規律，還可為科學施肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

在吉林省龍井市郊區采集5處典型的保護地耕層土壤，其基本化學性質見表1。

表1 供試土壤的基本性質

1.2 樣品的處理

將取回的每種土壤設5個處理，分別處理為1次凍融交替（1FTC）、3次凍融交替（3FTC）、5次凍融交替（5FTC）、7次凍融交替（7FTC），最后一次處理做未凍融交替的對照（CK）。

具體的每次處理如下：稱取100 g土壤，調節其含水量為田間持水量的60%，并置于-12℃的低溫培養箱中24 h。然后，轉移到28℃的恒溫培養箱中培養24 h后使其溶解。凍融結束后，立即進行測定。

1.3 樣品的測定

土壤OC、AN、AP、AK、TN、TP、TK和pH值采用常規方法測定[7]。土壤水溶性有機質測定：用去離子水作浸提劑，水土比為5∶1，振蕩6 h后，取適量上清液按丘林法進行測定；易氧化有機質按丘林法進行測定，不同之處在于將消煮溫度由180℃降低至130℃；土壤硝態氮采用紫外分光光度法；土壤銨態氮采用氯化鉀浸提—靛酚藍比色法[8-9]。

2 結果與分析

2.1 凍融作用對保護地土壤有機質的影響

2.1.1 凍融作用對保護地土壤有機質總量的影響將土壤有機質總量隨凍融交替次數增加的變化情況繪制成曲線圖（圖1）。由圖1可以看出，隨著凍融次數的增加，各土樣的有機質含量變化不大，方差分析結果表明，經過不同凍融次數的保護地土壤有機質含量差異不顯著(P＞0.05)。

圖1 土壤有機質總量隨凍融次數的變化

2.1.2 凍融作用對保護地土壤水溶性有機質含量的影響水溶性有機質是微生物能夠快速利用的碳源，對土壤養分的聚集、遷移、轉化具有重要的作用[10-12]。

將土壤水溶性有機質含量隨凍融交替次數增加的變化情況繪制成曲線圖（圖2）。由圖2可以看出，保護地土壤經過凍融交替后，水溶性有機質含量均比初始時有所增加。隨著凍融次數的增加，保護地土壤水溶性有機質含量逐漸增加，在5次凍融后達到最高值，繼續增加凍融次數，則水溶性有機質含量又開始下降。

圖2 土壤水溶性有機質含量隨凍融次數的變化

2.2 凍融作用對保護地土壤氮素的影響

2.2.1 凍融作用對保護地土壤硝態氮含量的影響土壤硝態氮含量隨凍融交替次數增加的變化情況見圖4。由圖4可知，隨著凍融次數的增加，各土樣的硝態氮含量變化均不大，方差分析結果也表明，不同凍融次數下保護地土壤硝態氮含量差異不顯著（P＞0.05）。說明土壤經過短時間的凍結，再融化時，硝態氮含量基本不變。

圖4 土壤硝態氮含量隨凍融次數的變化

2.2.2 凍融作用對保護地土壤銨態氮含量的影響土壤銨態氮含量隨凍融交替次數增加的變化情況見圖5。由圖5可以看出，銨態氮的含量隨著凍融次數的增加而增加。硝態氮含量增加原因可能是土壤融化時土壤水分含量增多，呈還原條件，有利于銨態氮的形成。另外，凍融交替促使有機態氮轉化為銨態氮。

圖5 銨態氮含量隨凍融次數的變化

2.2.3 凍融作用對保護地土壤堿解氮含量的影響土壤堿解氮含量隨凍融交替次數增加的變化情況見圖6。隨著凍融次數的增加，保護地土壤堿解氮的含量變化不大。方差分析結果表明，各凍融次數處理之間的土壤堿解氮含量差異不顯著（P＞0.05）。由此說明，經過多次凍融作用后，土壤中的堿解氮含量基本保持不變。

圖6 堿解氮含量隨隨凍融次數的變化

2.3 凍融作用對保護地土壤鉀素的影響

2.1.3 凍融作用對保護地土壤易氧化有機質含量的影響土壤有機質是農業可持續發展系統的主要因素，其變化主要發生在易氧化有的機質庫[13-14]。

將土壤易氧化有機質含量隨凍融交替次數增加的變化情況繪制成曲線圖（圖3）。由圖3可見，隨凍融次數的增加，保護地土壤易氧化有機質緩慢增加，在3FTC時達到最大值，而后又呈下降趨勢。原因可能是先有部分穩固態有機質轉化為易氧化有機質，使其含量增加，但隨著凍融次數繼續增加，部分易氧化有機質又轉化成水溶性有機質，使易氧化有機質含量又降低。

圖3 土壤易氧化有機質含量凍融次數的變化

2.3.1 凍融作用對保護地土壤緩效鉀含量的影響土壤緩效鉀含量的變化情況見圖7。隨著凍融次數的增加，保護地土壤緩效鉀的含量呈下降趨勢，經歷3次凍融后又呈增長趨勢。同時，方差分析結果表明，不同凍融次數處理下緩效鉀含量差異顯著（P＜0.05）。因此，凍融交替可導致土壤緩效鉀的釋放，而釋放量隨凍融次數增加呈先增加而后減少趨勢。隨著凍融程度的加劇，一部分礦物態鉀被轉化成緩效鉀和速效鉀被固定，使緩效鉀含量又開始增加。

圖7 土壤緩效鉀含量凍融次數的變化

2.3.2 凍融作用對保護地土壤速效鉀含量的影響土壤速效鉀含量隨凍融交替次數增加的變化情況見圖8。由圖8可知，土壤隨著凍融次數增加，其速效鉀含量變化不大。

圖8 土壤速效鉀含量隨凍融次數的變化

3 結論

（1）隨著凍融次數的增加，保護地土壤有機質總量變化不大，水溶性有機質含量與初始相比明顯增加。水溶性有機質和易氧化有機質含量都呈先增加后減少趨勢，水溶性有機質含量在5次凍融后達最大值，易氧化有機質含量在3次凍融后達最大值。

（2）凍融作用對保護地土壤硝態氮和堿解氮影響不大，但使土壤銨態氮含量顯著增加。

（3）凍融作用對保護地土壤速效鉀影響不顯著；對保護地土壤緩效鉀含量的影響表現為隨凍融次數增加而呈先減少后增加趨勢。