胡 霞， 易 難， 蔡 霜， 曾 沙， 尹 鵬， 劉紅瑛

（1.樂山師范學(xué)院，四川樂山614000；2.樂山市綠心管理處，四川樂山614004）

峨眉山不同海拔土壤氮素轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)

胡 霞1， 易 難1， 蔡 霜1， 曾 沙1， 尹 鵬1， 劉紅瑛2

（1.樂山師范學(xué)院，四川樂山614000；2.樂山市綠心管理處，四川樂山614004）

為了更全面地了解高山土壤礦質(zhì)元素動(dòng)態(tài)對(duì)海拔的響應(yīng)，2013年7月采集峨眉山4個(gè)典型海拔（775，1 575，2 433，3 010 m）土壤樣品，并用好氣培養(yǎng)法在室內(nèi)培養(yǎng)42 d，分別測定培養(yǎng)前后的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，計(jì)算土壤凈氮礦化率.研究結(jié)果表明，峨眉山土壤水溫狀況、全氮、全磷含量均隨海拔梯度改變呈現(xiàn)規(guī)律的變化趨勢.總體上，隨著海拔梯度的升高，土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量逐漸增加.峨眉山不同海拔土壤凈氮礦化速率均為正值，氮素循環(huán)以礦化為主，從而為“非生長季”甚至來年春季高山植物的生長提供了一個(gè)巨大的潛在氮庫.該研究結(jié)果不僅彌補(bǔ)了峨眉山土壤生態(tài)過程研究的不足，也為研究峨眉山土壤養(yǎng)分循環(huán)和植被分布格局提供了理論基礎(chǔ).

峨眉山； 硝態(tài)氮； 銨態(tài)氮； 土壤凈氮礦化； 海拔

高山生態(tài)系統(tǒng)中氮素是植物生長最重要的影響因子［1］.土壤中絕大多數(shù)的氮（92%～98%）是以復(fù)合態(tài)的形式存在于有機(jī)質(zhì)或腐殖質(zhì)中的，然而這種復(fù)合態(tài)的有機(jī)氮并不能為植物所直接利用，只有含量為2%～8%的無機(jī)態(tài)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮才能被植物所直接吸收利用，所以土壤氮素礦化作用（在土壤微生物的作用下，有機(jī)態(tài)的氮化合物分解為無機(jī)態(tài)的硝態(tài)氮與銨態(tài)氮的過程）就顯的尤為重要，它對(duì)研究植物營養(yǎng)吸收和轉(zhuǎn)化、生態(tài)系統(tǒng)中的群落演替，并對(duì)合理應(yīng)對(duì)氣候變化等都有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義［2］.

目前，生態(tài)學(xué)者們?cè)絹碓街匾暩呱酵寥赖剞D(zhuǎn)化的相關(guān)研究.然而，涉及范圍和研究深度仍然較少，國內(nèi)已有的研究主要集中在青藏高原、川西高原、賀蘭山、長白山、武夷山等地［3-8］，還沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)峨眉山土壤氮素循環(huán)的相關(guān)研究報(bào)道.峨眉山總體上屬于亞熱帶常綠闊葉林和川東偏濕性常綠闊葉林亞帶，海拔3 099 m，植物種類繁多，垂直帶譜明顯，從低山到高山可劃分為4個(gè)典型的植被帶類型，即：常綠闊葉林帶（0～1 500 m）、常綠與落葉闊葉混交林帶（1 500～2 100 m）、針闊葉混交林帶（2 100～2 800 m）和寒溫性針葉林帶（2 800～3 099 m）［9］.峨眉山形成了多種復(fù)雜的植物小環(huán)境，造成了土壤性質(zhì)的極大差異.因此，本課題以峨眉山不同海拔土壤為研究對(duì)象，探究土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量和凈氮礦化率對(duì)海拔梯度的響應(yīng)，旨在為深入探討高山土壤礦質(zhì)元素循環(huán)和土壤-植物生態(tài)系統(tǒng)提供理論依據(jù)，對(duì)于優(yōu)化峨眉山土壤環(huán)境和植被分布格局具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

峨眉山（海拔3 099 m，北緯29.36，東經(jīng)103.29）地處四川盆地西緣，位于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，潮濕、溫暖、雨量充沛，年平均降雨量約為1 480.5 mm，年相對(duì)濕度約80%［10］.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在峨眉山4個(gè)典型植被帶分布海拔（775，1 575，2 433，3 010 m），距離人行道路10 m外選取試驗(yàn)樣地（表1）.每個(gè)樣地劃分為5個(gè)3 m×3 m的樣方，樣方與樣方之間間隔5 m以上.用2.5 cm× 15 cm的土壤取樣器在樣方內(nèi)沿對(duì)角線交叉取土樣8次，混合為1個(gè)土壤樣品，裝入無菌自封袋內(nèi)標(biāo)記并編號(hào).土樣帶回實(shí)驗(yàn)室后，將其分為兩部分，一部分直接用于測定土壤pH，含水量，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)，全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)，土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù).另一部分采用好氧培養(yǎng)法放入30℃恒溫箱中培養(yǎng)42 d［11］，培養(yǎng)結(jié)束后測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算培養(yǎng)過程中釋放出的無機(jī)態(tài)氮（NH＋4—N＋NO3—N）、硝化速率、銨化速率和凈氮礦化速率.

表1 樣地基本情況Table 1 Basic situation of soil sam ple

1.3 測定方法

（1）土壤溫度 采用sinomeasue便攜式土壤水分溫度測量儀測定地下5 cm處土壤溫度.

（2）土壤含水量 采用烘干法測定土壤含水量［12］.

（3）土壤銨態(tài)氮含量 采用氯化鉀浸提-靛酚藍(lán)比色法測定［12-13］.

（4）土壤硝態(tài)氮含量 采用酚二磺酸比色法測定［12-13］.

（5）土壤硝化速率、銨化速率和凈氮礦化速率測定 土壤硝化速率＝（培養(yǎng)后土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)-培養(yǎng)前土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／培養(yǎng)天數(shù)；土壤銨化速率＝（培養(yǎng)后土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)-培養(yǎng)前土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／培養(yǎng)天數(shù)；土壤凈氮礦化速率＝（培養(yǎng)后土壤無機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)-培養(yǎng)前土壤無機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／培養(yǎng)天數(shù)［4，6，12］.

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)不同海拔下土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和凈氮礦化率等指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，并用Microsoft Excel 2007進(jìn)行圖形的繪制.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔樣地土壤基底值

從峨眉山不同海拔土壤基底值情況可以看出（表2），隨著海拔的升高，土壤溫度逐漸降低，土壤含水量、全氮和全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)則呈增加趨勢.土壤pH值和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)海拔梯度雖然沒有表現(xiàn)出規(guī)律性的變化趨勢，但均在3 010 m海拔處達(dá)最大值.

2.2 不同海拔土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)

不同海拔梯度下土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)顯著差異（P＜0.05）.總的來說，隨海拔梯度的升高，土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈增加的趨勢（圖1）.在775 m海拔處，土壤培養(yǎng)前硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.59 mg／kg，培養(yǎng)后為19.59 mg／kg.在金頂附近（3 010 m海拔），土壤培養(yǎng)前后硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)45.77和73.05 mg／kg.土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有相似的變化趨勢.低海拔處（775 m），土壤培養(yǎng)前后銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為13.40和77.79 mg／kg，而高海拔處（3 010 m）其質(zhì)量分?jǐn)?shù)則高達(dá)27.80和90.57 mg／kg.

表2 不同海拔樣地土壤基底值情況1）Table 2 Soil basic value of soil sam p le under different altitude

圖1 不同海拔土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（培養(yǎng)前后）Fig.1 Soil NO3-and NH4＋content under different altitude sample（before and after the soil incubation）

從圖1中可以看出，經(jīng)過好氣培養(yǎng)后土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比培養(yǎng)前呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢.不同海拔土壤培養(yǎng)前后硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長相對(duì)較均衡，培養(yǎng)后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為培養(yǎng)前的1.4～2.0倍；而培養(yǎng)后的銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加更為顯著，并隨海拔的不同表現(xiàn)出不同的增長幅度.培養(yǎng)后土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2 433 m海拔處增長最明顯，達(dá)培養(yǎng)前銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5.96倍.

2.3 不同海拔土壤凈氮礦化速率

峨眉山不同海拔土壤的硝化速率、銨化速率和凈氮礦化速率都成正值（圖2）.硝化速率隨著海拔梯度的升高呈現(xiàn)顯著增加的趨勢.775 m海拔處土壤硝化率僅為12.11%，3 010 m海拔處則分別增加到171.92%.不同海拔土壤樣地銨化速率均在120%以上，2 433 m海拔處最高達(dá)295.34%.高海拔處（3 010，2 433 m）土壤凈氮礦化率明顯高于低海拔處（775，1 575 m）.低海拔處凈氮礦化率僅為165.43%和155.50%，高海拔處則升高為320.86%和333.59%.

圖2 不同海拔土壤硝化速率、銨化速率和凈氮礦化速率Fig.2 Soil nitrogenization rate，ammonification rate and net N mineralization rate under different altitude sample

3 討論

高山生態(tài)系統(tǒng)中很多因素可能會(huì)對(duì)土壤礦質(zhì)氮庫產(chǎn)生影響.海拔梯度及其息息相關(guān)的土壤水溫條件顯著地影響著土壤微生物動(dòng)態(tài)和土壤礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)化過程［2，4］.凋落物質(zhì)和量的變化強(qiáng)烈地影響著土壤中有機(jī)碳的供應(yīng)水平，因而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)礦質(zhì)元素的動(dòng)態(tài)改變產(chǎn)生深刻的影響［14-16］.此外，土壤的理化性質(zhì)（土壤類型、土壤孔隙、土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地等）也顯著影響著可溶性有機(jī)氮和無機(jī)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［17］.

本研究中峨眉山土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨著海拔的升高而增加.有幾個(gè)原因可以解釋這個(gè)現(xiàn)象：首先，從不同海拔樣地土壤基底值情況來看（表1），土壤中全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)是隨著海拔的升高而逐漸增加的，而土壤全氮又和其重要組成部分的無機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）呈顯著相關(guān)性（表3），所以土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)也呈現(xiàn)隨海拔升高而增加的趨勢.其次，有研究表明含水量大小對(duì)氮素的銨化作用和硝化作用有明顯的抑制作用［18-19］，相關(guān)性分析也發(fā)現(xiàn)土壤含水量與硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈顯著負(fù)相關(guān).峨眉山土壤含水量是隨著海拔的降低而明顯降低的（表1），因此，低海拔處的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于高海拔處.第三，高海拔（3 010 m）土壤盡管溫度較低，但土壤肥沃，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)96.05 g／kg（表1），有利于微生物的生長和繁殖，使高海拔土壤中擁有較高的微生物生物量氮水平［20-23］.而微生物生物量氮能在土壤中迅速地發(fā)生礦化作用，是無機(jī)氮的主要來源之一［24］，因而高海拔土壤有更多的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮.

表3 不同海拔土壤氮礦化指標(biāo)值與土壤基底值相關(guān)性分析結(jié)果1）Table 3 Correlation analysis results of soil N m ineralization value and soil basic value under different altitude sample

土壤凈氮礦化速率是單位時(shí)間內(nèi)土壤有機(jī)態(tài)氮化合物經(jīng)礦化作用轉(zhuǎn)化為易被植物利用的無機(jī)態(tài)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的量.凈氮礦化速率受多方面因素的綜合影響，如土壤礦質(zhì)元素水平、土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、土壤微生物數(shù)量與活性、土壤酶、土壤水溫狀況或者一些人為活動(dòng)（森林砍伐、森林火災(zāi)等）都會(huì)對(duì)礦化速率產(chǎn)生影響［24］.在本研究中，相關(guān)性分析表明土壤凈氮礦化速率與土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)（表3）.隨著海拔梯度的升高，土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，土壤凈氮礦化率明顯加強(qiáng).總體說明夏季峨眉山土壤氮素循環(huán)主要以礦化作用為主，使大量的有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮［24］，為植物生長發(fā)育提供了氮源.

4 結(jié)論

綜上所述，“生長季”峨眉山土壤氮素轉(zhuǎn)化以礦化作用為主，高海拔土壤具有更高的凈氮礦化率，有更多的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮，因而高海拔土壤有更高的礦質(zhì)營養(yǎng)水平，暗示著峨眉山高海拔土壤為“非生長季”和來年春季植物生長提供了更大的潛在營養(yǎng)庫.

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［責(zé)任編輯：劉蔚綏］

The soil nitrogen cycle of different elevation in M t.Emei

HU Xia1， YINan1， CAIShuang1， ZENG Sha1， YIN Peng1， LIU Hongying2
（1.Leshan Normal University，Le'shan Sichuan 614000，China；2.Leshan LVXINmanagement office，Le'shan Sichuan 614004，China）

To understand the responses of soilmineral elements dynamics to elevation gradientsmore comprehensively，soil samples of four typical vegetation distribution zones（775 m，1 575 m，2 433 m，and 3 100 m）in Emei Mountain were collected in July 2013.They’ve cultivate indoor with themethod of aerobic incubation for42 days，and soil NO3—N and NH＋4—N content before and after the incubation were determined and soil net nitrogen mineralization rateswere calculated respectively.The results show that the soil temperature，the water content，the total nitrogen content and the total phosphorus content present a trend of regular change alongwith the altitude gradient.In general，the content of NO3—N and NH＋4—N in the soil increase as the altitudes increase.Soil net nitrogenmineralization rate of differentaltitudes is positive，and the N mineralization dominates in the N cycles，which provides a potential nitrogen pool to alpine plant growing in the non-growing season and the coming spring.The results not only make up for the deficiency of the research on the soil ecological process in EmeiMountain，but also provide a theoretical basis for the study of soil nutrient cycling and vegetation distribution pattern.Furthermore，it has great application values in response to global climate change.

Mt.Emei； NO3—N； NH＋4—N； soil net N mineralization； elevation

S154.1

A

1000-9965（2015）05-0378-05

10.11778／j.jdxb.2015.05.004

2015-04-22

樂山市科技局資助科研項(xiàng)目（14NZD007，14NZD008）；樂山師范學(xué)院科研項(xiàng)目（Z1263，Z1318）；四川省2015年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201510649032；201510649045）

胡 霞，女，研究方向：生態(tài)學(xué)

劉紅瑛，研究員，Mobile：18283334522，E-mail：250095515＠qq.com