紫色土区土壤氮元素特征研究

肖 飞

(重庆交通大学 河海学院，重庆400074)

氮是大气圈中含量最丰富的元素，但也是陆地生态系统植物生产力的限制元素之一［1］。在自然生态系统中，土壤氮主要来自于生物固氮和随降水进入土壤中的氮。在漫长的成土过程作用下，土壤氮形成了特定生态条件下的平衡。自然土壤被开垦后，土壤氮的含量下降，并建立新的平衡［2］。近几十年来，国内外科研工作者在土壤氮素方面开展了大量的研究工作，其中包括不同尺度的氮库估算［3－5］，氮素转化规律［6－8］，氮素动态变化［9－10］，粒径及团聚体分布对氮含量的影响［11－12］等等。已有的研究均具各自研究区域特点，但已有的研究对紫色土区氮特征研究相对较少。为此，笔者在调查紫色土不同土地利用方式、不同坡位条件下，研究土壤氮特征，同时分析影响氮素特征的原因。研究结果可为紫色土区乃至三峡库区土地合理利用，减少养分流失提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于重庆市万州区境内的五桥河流域，地处三峡工程影响最为集中的区域—三峡库区中部，界于东经 107°52′46″～ 107°53′09″，北纬 30°50′23″～30°51′50″之间，流域面积 114.57 km2。流域地貌类型以丘陵、低山为主，气候为中亚热带湿润季风气候，研究区多年平均气温17.4℃，相对湿度为78.2%，多年平均年降雨量1 211 mm，其中雨季集中于7—9月。土壤以紫色砂页岩为成土母质所发育的紫色土为主体。

目前研究区内主要的土地利用方式为耕地、林地、园地和撂荒草地。其中，耕地以玉米－小麦轮作为主;林地为人地林，树种为柏树，生长年限已达7 a;园地种值柑桔，生长年限为5 a，撂荒草地为荒地在无人为干扰情况下，长满野草，撂荒时限已超过3 a。

1.2 采样方法

基于研究区现有的土地利用类型，选择耕地、林地、园地和(撂荒)草地4种土地利用类型，在流域中按坡面不同位置将坡形分为坡顶、坡中、坡底，对不同坡位下4种土地利用类型土壤进行逐一采集。为了土样之间具有可比性，要求土样采集点坡向一致(本试验采集点均位于阳坡)，且不同坡位4种土地利用类型下采样点平均坡度相近。采样深度为0～20 cm，用4分法采集后，带回室内实验室自然风干，进行测试。

1.3 样品测定

1)土壤容重:环刀铝盒法;

2)土壤粒径组成:沉降法;

3)氮含量:全氮采用半微量开式蒸馏法，速效氮采用碱解扩散法;

4)磷含量:全磷含量采用钼锑比色法，速效磷采用浸提剂法;

5)钾含量:全钾及速效钾含量均采用火焰光度法;

6)有机碳含量:有机碳测定采用重铬酸钾法。

1.4 数据处理

数据分析基于Excel 2003进行，图制作采用Origi 8.0完成。

2 结果与讨论

2.1 不同坡位上土壤氮含量对比

土壤中全氮及速效氮含量的分布，明显受到坡位影响(图1)。

图1 不同坡位上土壤氮含量对比Fig.1 Comparison of nitrogen content in the different slop position

研究结果发现，对于全氮含量的分布特征，除林地外，耕地、园地和草地均是坡底全氮含量最高，而坡中全氮含量最小;林地坡顶、坡中、坡底的全氮含量相差不大。相对于全氮含量，速效氮含量的分布特征显示出一致性，4种土地利用类型，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异，这主要是因为坡位不同导致的产汇流的不同特征。坡面上，坡中区域坡中立地条件相对较差，坡度陡，土壤潜在抗侵蚀能力最差;而坡底由于坡度变缓，在侵蚀过程中径洲及径流所携带的泥沙在坡底极易形成堆积，径流和泥沙中的氮元素也就随之堆积。

2.2 不同土地利用方式下土壤氮含量对比

研究区相同坡位土壤氮含量明显土地利用及经营管理方式的影响(图2)。

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

对于坡顶和坡底区域，不同土地利用方式下全氮和速效氮含量的次序均是:林地>园地>草地>耕地;林地全氮与速效氮含量最大，这主要是因为林地已经过7 a时间的生长，土壤表层积累了较多的有机质，其氮素含量达到了一个相对稳定的较高水平;而由于果农在追求经济效益最大化时，对园地进行了较高强度的化肥投入，土壤氮含量必然升高，但相对于林地，由于受到人为干扰影响，因此其全氮及速效氮含量相对于林地较低;而耕地虽说也有外界肥力收入，但每年收获季，大量成熟作物收割后很少有残茬还田，直接减少了氮含量;而草地虽说受人为干扰影响较小，但由于每年自身枯草积累量较小，而且枯草极易随风漂移，最终影响了氮素的积累。坡中的4种土地利用方式下氮含量明显不同于坡顶与坡底，坡中林地全氮与速效氮含量最高，而其它3种土地利用方式下的全氮和速效氮含量相差不大。这可能是由于坡中地区，土壤侵蚀频繁，相对于3种土地利用方式，林地土壤的抗侵蚀性最强，而土壤侵蚀过程加剧了坡中氮元素的迁移和沉程的复杂性。

2.3 土壤中的碳氮比

碳氮比(C/N)是指土壤有机物中碳素总量和氮素总量的比例。研究发现，土壤样品的全氮含量与有机碳含量相关性通过了极显著性检验(p<0.01)(图1)，土壤中C与N这两者之间有近平行的关系。土壤C/N是否适应微生物的生活需要会大大影响有机质的转化。土壤学中，一般微生物每分解25～30份碳大约需要一份氮，因此，如果土壤中C/N>25∶1，则微生物要么从土壤中吸取有效态的无机氮作为补偿，以维持其应有的C/N，或者抑制自身的生长，以减少对氮的要求，前一种情况会造成微生物和作物争夺土壤中的有效氮素;而后一种情况下土壤中有机物质的分解就会受到抑制。而本研究中的4种土地利用方式下，土壤C/N范围为6.4～11.5之间，其中园地C/N范围最低，而草地C/N范围最高(表1)。4种土地利用方式下，土壤的C/N均低于25∶1，说明土壤就有充分的氮素供应，其有机体分解也较快，而且除满足微生物对氮素的需求外，还会释放出多余的氮素，供给植物生长。

图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 全氮含量与土壤其他理化指标的相关分析

研究区土壤样品的相关分析见图4(a)～图(h)。

图4 土壤全氮含量与土壤其他理化指标的相关分析Fig.4 The correlation between the full nitrogen content and the other physical-chemical properties

将研究区土壤样品的全氮含量与土壤容重、黏粒(小于0.002 mm)含量、阳离子交换量(CEC)、速效氮含量、全磷含量、速效磷含量、全钾含量、速效钾含量进行相关分析。发现土壤全氮含量与土壤容重、全氮、速效氮、全钾以及速效钾含量相关性显著(p<0.05)，而且与容重、全钾含量呈负相关，与黏粒含量、速效氮、速效钾呈正相关。该研究与王莹等［13］研究有一定相似。在一般土壤中C、N含量越高，团粒结构越多，土壤单粒排列疏松，孔隙度越大，通气性越好，这些物理性质，会促进土壤养分利用效率。

3 结论

1)土壤氮含量分布受坡位影响严重，通常坡底全氮及速效氮含量最高，坡中最低，反映了侵蚀特征过程。

2)土壤氮含量分布受土地利用影响严重，通常是林地全氮及速效氮含量最高而耕地最低，反映了人为干扰的影响。

3)研究区4种土地利用方式下，C/N范围在7.3～13.9之间，体现了充分的氮素供应。

4)土壤全氮含量与土壤容重、黏粒含量、全氮、速效氮、全钾以及速效钾含量相关性显著

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