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高山冬季不同海拔对土壤养分特征和微生物生物量的影响

2020-06-01 07:47:32 《南方农业·下旬》 2020年1期

王雪玲 胡霞

摘 要 在四川省峨眉山选择4个不同的海拔采集土壤样品,测定土壤温度、含水量、微生物量和土壤养分含量。发现随着海拔梯度的增加,土壤温度呈下降趋势,含水量在中等海拔处最高,全钾呈现不规则变化趋势,OM、全氮、NH4+-N、NO3--N、MBC和MBN含量在海拔2 400 m的土壤中最高。这些结果表明峨眉山未冻结土壤的高海拔处虽然温度较低,但是土壤中有机质和矿物营养水平较高,能为非生长季和来年春季植物的生长提供充足的营养。

关键词 海拔;冬季;微生物量;土壤养分;峨眉山

土壤在冬季甚至在冰雪下都有着旺盛的生命力[1-3],即使土壤被冻结,土壤微生物也并没有休眠,其生命活动仍在继续[4]。微生物的活动不可避免地影响着冬季凋落物的分解过程,对土壤中有效碳源的动态变化有着重要影响,最终影响着土壤营养和物质循环过程[5]。高山生态环境有3~5个月的寒冷季节,其高山冬季土壤生态过程研究却相对不足,已有的研究也主要集中在北美和北欧的一些国家。作为世界“第三极”的青藏高原,这方面的工作在近年来开始起步[2-4,6-7]。然而作为典型高山地貌的峨眉山却未见相关研究。峨眉山海拔3 099 m,地形复杂,植物种类繁多,超过3 000种,垂直带谱明显,形成了多种复杂的植物小环境,造就了土壤性质的極大差异。以峨眉山高山土壤为研究对象,对不同海拔梯度下冬季土壤养分特征和微生物量进行研究,以弥补峨眉山相关方面信息空缺。

1 研究区域和研究方法

1.1 研究区域

2018年12月,在峨眉山4个典型植被带(890 m、1 800 m、2 400 m、3 020 m)随机选择4个20 m×20 m地块。

1.2 研究方法

在每一块样地设置3个采样点,用土壤采样器采集土壤样品,测定土壤氨氮(NH4+-N)、硝酸氮(NO3-N)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)的含量。采用便携式土壤温湿度检测仪测定了5 cm土壤深度处的土壤温度和土壤含水量。采用靛酚蓝比色法和紫外分光光度法分别测定了NH4+-N和NO3-N的含量。采用氯仿熏蒸-直接萃取法测定MBC和MBN含量。分别采用半微量凯氏定氮法、钼酸铵分光光度法和火焰光度法分析了OM、TN、TP和TK含量[8]。

2 结果分析

2.1 土壤温度和土壤含水量分析

如图1所示,峨眉山土壤温度随海拔的升高而逐渐降低。海拔890 m处的土壤温度最高,达6.83 ℃,3 020 m处海拔的土壤温度最低,低至-1 ℃。除海拔3 020 m处土壤处于冻结状态外,其他海拔处土壤均未冻结。土壤含水量随海拔升高呈不规则变化趋势。中等海拔梯度(2 400 m和1 800 m)土壤含水量较高,分别达到29.35%和20.30%。在最高海拔处,土壤含水量最低,为11.50%。

2.2 土壤养分和微生物量分析

如图2和图3所示,土壤TN、NH4+-N、NO3-N、MBC和MBN含量有相同的变化趋势,均表现为在2400 m海拔处最高。然而,不同海拔的土壤TN、NO3-N、MBC和MBN含量均没有达到统计显著水平(PTN=0.330,PNO3-N=0.052,PMBC=0.189,PMBN=0.319)。方差分析结果表明,海拔对土壤中NH4+-N含量的影响达到极显著水平(P=0.004<0.01)。具体表现为,NH4+-N含量在2 400 m海拔处最高,在3 020 m海拔处最低,分别为10.87 g·kg-1和5.38 g·kg-1。随着海拔升高,土壤全磷含量呈缓慢增加的趋势,在3 020 m处达到最大值2.10 g·kg-1。统计分析结果未发现显著差异(PTP=0.323)。土壤全钾呈现了不规则的变化趋势,并在1 800 m海拔处,达到最高,为37.42 g·kg-1,极显著高于其他海拔样地的全钾含量(PTK=0.000<0.01)。

3 结论

海拔梯度及其密切相关的土壤水温条件对土壤生态有显著影响。与以前的研究结果一致,峨眉山冬季土壤温度随海拔的升高而降低。然而,土壤含水量却呈现不一致的趋势。在本研究中,土壤含水量在2 400 m海拔处达到最高,而在3 020 m处含水量明显降低,这与夏天在这个地区获得的数据不一致[9]。之前的研究表明,峨眉山夏季土壤含水量随着海拔的升高而上升[9]。这可能是因为峨眉山冬季海拔3 020 m处表层2~20 cm土壤呈现冻结状态,这部分土壤水分不能直接被植物所利用,水分检测仪不能完全检测到。海拔2 400 m处的样地属于峨眉山落叶阔叶针叶树混交林带,凋落物数量和种类较多,有机质含量最高。虽然温度较低,但此处土壤尚未结冰,水分充足,有利于微生物的生长和繁殖,有助于土壤快速矿化,因此此处海拔土壤全氮含量、铵态氮和硝态氮含量均最高,植物所需氮源最充足。而低海拔地区,土壤温度相对较高,有机物和氮源的消耗也较多,土壤氮含量水平也就较低。本研究中微生物生物量碳氮含量同样在2 400 m海拔处达到最高,微生物生物量氮含量与土壤含水量显著相关,但与土壤有机质含量无显著关联,这与以前的大多数研究结果存在差异。例如,贺鸣[10]在贡嘎山东坡林地的研究表明,微生物生物量碳氮具有显著的垂直分布特征,和土壤有机质、全氮关系密切,呈显著正相关。造成这个结果的原因可能是峨眉山冬季土壤含有丰富的凋落物,各个海拔的土壤样地均有较高的土壤肥力和丰富的有机质,使得有机质不能成为制约微生物生长和繁殖的关键因素。而不同海拔土壤的可利用水分含量显著不同,尤其在高海拔处水分冻结,可供微生物使用的水分不足,使得水分成为微生物的制约因子。

4 结语

冬季峨眉山土壤有很高的有机质水平和矿物质库,尤其是在海拔2 400 m的针阔混交林带表现更为明显。峨眉山冬季高海拔土壤养分和微生物水平都较高,为非生长季和来年春天植物生长提供了充足的潜在营养。

参考文献:

[1] 黄旭,文维全,张健,等,川西高山典型自然植被土壤动物多样性[J].应用生态学报,2010,2l(1):181-190.

[2] Sommerfeld R A,Mosier A R,Musselman R C.CO2, CH4 and N2O flux through a Wyoming snowpack and implications for global budgets[J].Nature,1993,361:140-142.

[3] Taylor B R,Jones H G.Litter decomposition under snow cover in a balsam fir forest[J].Can J Bot,1990,68:112-120.

[4] 胡霞,吳宁,尹鹏,等,川西高原季节性雪被覆盖下凋落物输入对土壤微生物数量及生物量的影响[J].生态科学,2013,8(3):97-102.

[5] 王邵军,阮宏华,汪家社.武夷山典型植被类型土壤动物群落的结构特征[J].生态学报,2010,30(19):5174-5184.

[6] Elliott A C,Henry H A L.Freeze-thaw cycle amplitude and freezing rate effects on extractable nitrogen in a temperate old field soil[J].Biol Fert Soils,2009,45:469-476.

[7] Michele F,Berwyn L W,Anthony C E,et al.Labile nitrogen, carbon, and phosphorus pools and nitrogen mineralization and immobilization rates at low temperatures in seasonally snow-covered soils[J].Biol Fertil Soils,2007,43:519-529.

[8] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社,1999.

[9] 胡霞,易难,蔡霜,等.峨眉山不同海拔土壤氮素转化动态[J].暨南大学学报(自然科学与医学版),2015,36(5):378-382.

[10] 贺鸣.贡嘎山东坡林地土壤微生物学特性的研究[D].成都:四川农业大学,2006.

(责任编辑:赵中正)