冯育青 陈月琴 阮宏华 张海娣 傅丽娜

（1南京林业大学森林资源与环境学院 江苏省林业生态工程重点实验室 南京 210037；2江阴市林业指导站 江阴 214400；3苏州湿地保护与管理站 苏州 215000）

湖滨带是介于陆生生态系统与水生生态系统之间的生态交错类型之一，生产力高，生态边缘效应显著(王庆所,1997)，是地球上多样性最丰富、变化最快、最为复杂的生境之一。水陆交错带具有调节气候、涵养水源、蓄洪防旱、降解环境污染、净化水体、维持生物多样性和生态平衡、保持水资源平衡以及调节区域乃至全球 C、N等元素的生物地球化学循环等重要功能（Michael et al., 2003）。近年来，国内外学者对水陆交错带的研究主要集中在湿地资源开发利用和保护、生物多样性等方面（Groffman et al., 2003；王建华和吕宪国，2007；周玲霞和刘宏业, 2008），而对于其净化水体、截留、滤过作用等生态功能以及关于水陆交错带结构、功能等研究较少，对于水陆生态系统物质能量交换过程缺乏认识。

太湖位于长江三角洲南缘，北纬30°56′～31°34′，东经 119°54′～120°36′，分属江苏、浙江、上海两省一市。南北最大长度为68km，东西最大宽度为 56km，太湖全水域面积2425km2，平均蓄水量44亿立方米，为我国第三大淡水湖。太湖自然资源丰富，淡水珍珠、莼菜、湖蟹、“太湖三白”等动植物水产品名闻遐迩，同时也是重要的旅游风景区。

近年来，由于人类干扰活动，太湖湿地遭到破坏，也不可避免的影响其功能的发挥。太湖湖滨带是易受人类活动影响的重要的生态交错带，同时也是太湖水体的保护屏障。湖滨带过滤、渗透、吸收、滞留和沉积流向水体的有机物和无机物，使进入地表和地下水的径流污染物毒性减弱或污染程度降低，通过湖滨带土壤及生物系统的作用对湖水中的环境污染物发挥净化作用（薛建辉等, 2008），进而提高水体的水质；湖滨带对于维护生物多样性功能、为鱼类繁殖和鸟类栖息提供场所、调蓄洪水以及稳定相邻的两个生态系统具有重要作用（阮宏华和王莹, 2008）；从水源地保护的角度来看，湖滨带的建设还可以有效地将人类活动隔离在湖滨带之外，防止人类活动对湖滨带的干扰和破坏，减少人类活动对岸边水体的直接影响（金相灿等, 2003）。本研究基于太湖湖滨带植被现状调查以及不同水分梯度氮素的动态观测资料，分析太湖湖滨带土壤全氮、微生物生物量氮、有效氮的分布特征及其相互之间的联系，以及土壤氮素影响因子，为进一步研究太湖湿地土壤的质量演变、水体环境保护以及氮素生物地球化学过程等研究提供科学依据，为太湖流域的可持续发展提供理论基础和科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与样地设置

1.1.1 试验地概况与实验设计

研究区位于苏州太湖国家旅游度假区渔阳山，属北亚热带南部向中亚热带北部过渡的东西季风气候区，四季分明，无霜期长，热量充裕，降水丰沛。湖区日照时数累年平均值为2000～2200h，年平均气温14.9～16.2℃，一月平均气温约 3.0～3.9℃，七月平均气温27.4～28.6℃。

本试验选择渔洋山自然水岸为采样地，选择三条样带，分别命名为1#样带、2#样带、3#样带，样带间距100m以上，每条样带宽10m，长80m，并根据距离水岸远近，从近水体到高岗地设三个区，即水位变幅区－近水带（简记为近水区J）、水位变幅区－中水带（简记为中水区Z）和陆相辐射区－远水带（简记为远水区 Y），每个实验区面积为 20m×10m，区内设置 3个重复的实验样方(5×5m)，区与区之间间隔约10m，近水区为坡地滩涂偶尔淹水，中水区为中坡、远水区为上坡都不淹水。实验区植被主要为次生植被。1#样带位于山脊西北面，2#样带位于山脊顶面，3#样带位于山坳处。不同试验区概况见表1。

表1 不同试验区自然概况Tab. 1 Natural conditions of the four experimental zones

1.1.2 样品采集和处理

近水区J、中水区Z和远水区Y分别选择具有代表性的点进行三次重复采样。采样时间分别为2007年11月、2008年3月、2008年7月，用直径为2cm的土壤取样器(Soil coring)在各个样地采取0～10cm、10～25cm、25-40cm层土样，共计81份，装入自封袋带回室内分析。土样被带回实验室后，挑除其中的砂石、植物根系、小动物等杂质。为保证测定结果的准确，新鲜土样在当天进行处理，或保存在 4℃冰箱中第二天处理。处理后土样分两份，一份置于冰箱中保存，另一份放室内自然风干。

1.2 土壤样品分析方法

土壤全碳、全氮、全硫采用VARI0 EL元素分析仪进行测定；土壤全磷采用酸溶—钼锑抗比色法测定；土壤硝态氮采用紫外分光光度法测定；土壤铵态氮用氧化镁浸提扩散法测定；pH值以土∶水=1∶2.5水浸提，电位法测定(GB 7859—87)；土壤湿度采用质量法测定(GB 7833—87)。土壤微生物生物量氮采用氯仿熏蒸-K2S04提取-茚三酮比色法测定。

1.3 数据处理

土壤理化性质、土壤有效氮、土壤微生物生物量氮的计算及柱形图、线形图采用 Excel处理。采用SPSS14.0软件统计分析土壤有效氮与各生态因子相关性，对不同样带、不同水分梯度、不同土层土壤有效氮进行差异性分析。

2 研究结果

2.1 土壤全氮及土壤主要理化性质

在不同水分梯度土壤全氮平均含量为中水区＞近水区＞远水区，中水区土壤氮平均含量为10.05g/kg，其变异性最强。近水区与远水区、中水区与远水区土壤全氮含量具有差异性(P＜0.05)，近水区与中水区之间无显著差异。

1#、3#样带近水区全氮含量最大，1#土壤全氮为近水区＞远水区＞中水区，3#样带土壤全氮近水区＞中水区＞远水区，2#土壤氮含量在三个区域差异性显著(P＜0.05)，中水区土壤总氮含量最大，与近水区、远水区差异性极显著(P＜0.01)。

全氮含量在三个土层之间差异显著(P＜0.05)，含量随土壤深度的增加而降低。其中2#样带 0～10cm土壤平均氮含量最高为11.07g/kg，3#样带25～40cm土壤平均含氮量最低为7.41g/kg。

从表2可以看出，远水区土壤C、N、P、S、有机质以及土壤含水率显著低于其它区域。随着土壤深度增加，土壤C、N、P、S、有机质含量降低。

表2 不同实验区土壤的主要理化性质Tab2 Chemical and physical properties of soils in different experimental zones

2.2 土壤有效氮的时空变化

2.2.1 不同季节土壤有效氮变化

土壤有效氮(Soil Available Nitrogen)主要以铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(N03--N)的形式存在，NH4+-N和N03--N是植物从土壤中吸收氮素的主要形态。太湖湖滨带土壤有效氮随时间的动态变化见表 3。土壤有效氮平均含量为：34.20mg/kg，主要分布区间为：12.00～65.00mg/kg(分布频率为 70%)，土壤肥力水平较高。不同样带中，2#样带土壤有效氮含量最高，其平均值和标准差为(38.17±29.85)mg/kg。

在不同样带各采样点，土壤垂直剖面中有效氮含量基本上都是由土壤上层到下层呈逐渐递减趋势，0～10cm土层中有效氮含量最高，其平均值和标准差为(42.93±24.73)mg/kg；10～25cm土层中土壤有效氮含量次之，其平均值和标准差(32.50±26.30)mg/kg；25～40cm土层中土壤有效氮含量最低，其平均值和标准差(27.17±21.55)mg/kg。经分析，不同土层土壤有效氮含量差异显著(P＜0.05)。

不同样点土壤有效氮含量变化趋势相同，11月最高，其平均值和标准差为(64.75±13.88)mg/kg；3月次之，其平均值和标准差为(23.29±8.22)mg/kg；7月最低，其平均值和标准差为(14.57±5.94)mg/kg。不同季节，土壤有效碳含量差异性极显著（P＜0.01）。

其中，土壤铵态氮平均含量为31.87mg/kg。土壤硝态氮平均含量为2.33mg/kg，主要分布区间为 0.5～3mg/kg(分布频率为71.6%)。铵态氮和硝态氮土壤垂直剖面中有效氮含量基本上都是由土壤上层到下层呈逐渐递减趋势，季节动态与土壤有效氮变化一致。

表3 土壤铵态氮和硝态氮随时间的变化Tab3 NH4 +-N and NO3--N content changed with time 单位：mg/kg

2.2.2 水分梯度上土壤有效氮变化

太湖湖滨带不同水分梯度土壤有效氮的动态变化见图1，2。在3个不同水分梯度土壤有效氮平均含量中水区＞近水区＞远水区，其中，中水区土壤有效氮平均含量为36.27mg/kg是远水区有效氮量的1.17倍。远水区土壤有效氮含量与近水区、中水区差异性显著(P＜0.01)。

在0～10cm土层中土壤有效氮分布均为近水区＞中水区＞远水区，不同区域差异性显著(P＜0.01)，在 10～25cm、25～40cm 土层中土壤有效氮分布中水区＞近水区＞远水区。

图1. 土壤有效氮的空间变异Fig1 Amount of soil available nitrogen in different moisture gradient

图2 土壤有效氮的季节变化Fig1 Amount of soil available nitrogen in different season

2.2.3 土壤有效氮的影响因子

土壤全氮是影响土壤有效氮的重要因素，与土壤有效氮含量呈极显著正相关关系(P＜0.001)，土壤有效氮约占全氮的比例为0.31%～0.63%。研究发现，土壤有效氮的量略低于土壤微生物生物量氮，土壤微生物生物量氮平均含量是土壤有效氮的1.11倍。由图可知，土壤有效氮与微生物生物量氮、土壤含水率呈显著正相关关系。土壤有效氮与土壤 pH值不存在相关性。（每次实验过程中，除有效氮和含水率外，选择其中几项内容做测定。上图土壤有效氮和土壤全氮相关关系分析选用2007年11月与2008年3月数据；土壤有效氮与土壤微生物生物量氮、土壤pH值相关关系分析选用2007年11月与2008年7月数据，土壤有效氮与土壤含水率相关关系分析选用 2007年 11月、2008年3月、2008年7月数据）

图3 土壤有效氮与土壤全氮、土壤微生物生物量氮、土壤含水率、土壤pH的相关关系图。Fig2 Correlation between soil available nitrogen with soil nitrogen, SMBN and soil moisture and pH

3 讨 论

研究表明苏州太湖湖滨带土壤氮素含量变化幅度较大，土壤全氮含量变化范围介于4.54g/kg～21.35g/kg之间，平均值为9.32gkg，随土壤剖面深度增加含量降低。据统计，全国自然土壤表层氮含量平均值为2.9±1.5g/kg；全国2555个农田土壤耕层氮素含量变化区间为0.4～3.8g/kg之间，平均为1.3±0.5g/kg(沈善敏，1998)，太湖湿地土壤氮素含量显著高于农田土壤与全国自然土壤。

土壤有效氮水平指除去生物固定后的矿化氮(非有机氮)总量，主要包括土壤硝态氮和铵态氮(屈明华,2005)，其中氮矿化是铵态氮的重要来源，硝态氮的转化来源为铵态氮的硝化作用。在不同样带各采样点，土壤垂直剖面中有效氮含量基本上都是由土壤上层到下层呈逐渐递减趋势，这是由于随着土壤深度的增加，微生物数量迅速下降，土壤透气性逐渐降低，可供降解的有机物质越来越少(Verhoveven, 1990)，因而0～10cm层土壤有效氮含量较高。在3条不同样带中，2号样带土壤有效氮量高于其它样带，这是由于样点靠近菜地，人为施肥活动直接导致土壤氮素增加，2#Z土壤有效氮含量是土壤有效氮平均含量的 1.25倍。彭佩钦等(2005)研究发现，施用中量肥或者高量有机肥土壤全氮提高39.8-51.7%，同时显著提高了土壤硝态氮和铵态氮的含量。

在排除人为干扰作用严重的2#Z以后，通过分析发现土壤有效氮含量近水区＞中水区＞远水区，这与植被类型、植物残体输入量以及土壤湿度有关。Bauhus等(1998)研究认为草地比耕地和林地对土壤微生物增长促进作用更显著。Insam等(1988)研究指出草本植物细根系发达，密集于土壤表层，根系分泌物及衰亡的根系是土壤微生物丰富的能源物质，且近根区土壤存在碳氮富集现象，太湖湖滨带近水区主要植被类型为草本，因而近水区表层土壤有效氮含量最高。3个区域中土壤含水率主要分布区间15.23%～30.63%，在此区间里土壤含水率较高有利于土壤有效氮的合成，两者呈显著正相关关系(P＜0.05)，此外，近水区由于季节性淹水导致营养物质的沉积和滞留，增加了土壤有效氮的有效来源，故近水区土壤有效氮含量高于其它区域。

土壤有效氮季节变化趋势明显，秋季＞春季＞夏季，不同季节土壤有效碳含量差异性极显著(P＜0.01)。在不同季节，温度是影响土壤有效氮的重要因素。产生硝态氮最适宜温度为25～30°C，在5°C以下40°C以上，硝化作用明显受抑制(Eno,1960)。气温在30°C左右时，氨化微生物活动最旺盛，有利于氮矿化作用进行(Stanford&Epstein,1974)，夏季土壤有效氮含量显著低于其它季节的重要原因在于温度过高抑制了土壤有效氮的合成，而春秋两季温度适宜，有利于土壤有效氮的合成。秋季土壤有效氮含量显著高于其它季节的重要原因在于入秋以后植物生长缓慢，吸收氮素量减少以及枯枝落叶中的养分回归，使得土壤中相对累积增加，而春季以后温度逐渐升高，雨水增加，植物生长加快吸收养分能力加强，土壤有效氮含量呈下降趋势。近期的枯落物是土壤有效氮的重要来源，因而，秋季土壤有效氮量显著高于其它季节。屈明华(2005)对温带森林土壤有效氮进行研究得出相似的结论。

土壤有效氮与土壤全氮呈极显著正相关关系(P＜0.001)，土壤有效氮是植物生产力受可获得性氮限制的参考指标，可以作为反映土壤氮有效性的重要表征。土壤有效氮和微生物生物量氮存在着显著正相关关系，两者含量变化趋势相同，表明两者之间关系密切。Bonde(1998)和Myrold(1987)等研究认为土壤矿化氮主要来自土壤微生物对氮的释放。白军红等(2002)认为土壤有效氮含量的变化归根结底是通过土壤微生物活动来实现的。土壤微生物是促进土壤养分转化和循环的动力，是稳定态养分转化为有效氮养分的催化剂(Carter et al., 1984; 王清奎, 2005)。该区上下层土壤pH值较接近，因此pH值微变化对于土壤氮素含量影响不明显。

综上所述，苏州渔阳山太湖湖滨带土壤有效氮沿水分梯度具有显著差异，近水区土壤有效氮高于其它区域，土壤湿度通过影响微生物矿化和硝化作用成为影响有效氮大小的重要因子之一，近水区水淹作用导致营养元素的滞留增加了土壤有效氮的有效来源，近水区细根较多的草本植物也有利于氮素的富集；土壤有效氮具有明显的季节动态，影响土壤有效氮含量季节波动原因可能在于植被生长对土壤有效氮利用的情况以及温度影响微生物化合作用，夏季土壤有效氮含量最低；随土层的加深由于土壤微生物、土壤全氮、根系分泌物、细根数量等一系列因素的影响，土壤有效氮含量减少。

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