黑河下游濕地土壤有機(jī)氮組分剖面的分布特征

羅如熠，張世熔，徐小遜，李 婷

1 四川省土壤環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130 2 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，成都 611130

黑河下游濕地土壤有機(jī)氮組分剖面的分布特征

羅如熠，張世熔*，徐小遜，李 婷

1 四川省土壤環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130 2 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，成都 611130

結(jié)合野外調(diào)查，用Bremner法研究了黑河下游濕地不同土壤類(lèi)型的有機(jī)氮組分，結(jié)果表明：在0—50 cm土層，5種土壤有機(jī)氮均以酸解性氮為主，占全氮的71.04%—81.79%。泥炭土、沼澤土、草甸土、亞高山草甸土所含的酸解氮、非酸解氮和酸解氮組分氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮含量的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈降低趨勢(shì)，而風(fēng)沙土卻相反，上述有機(jī)氮組分呈升高趨勢(shì)。5種土壤酸解氮及其組分氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮占全氮比例的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈降低趨勢(shì)，而非酸解氮卻呈升高趨勢(shì)。5種土壤酸解未知態(tài)氮含量及占全氮比例均在剖面分布上無(wú)明顯特征。在0—30 cm各相同土層內(nèi)，5種土壤酸解氮各組分含量及占全氮比例的大小順序均為氨基酸態(tài)氮>氨態(tài)氮>未知態(tài)氮>氨基糖態(tài)氮；而在30—50 cm土層，5種土壤酸解氮各組分含量及占全氮比例的大小順序均無(wú)明顯特征。此外，黑河下游濕地土壤干化、沙化過(guò)程中，表層0—10 cm土壤有機(jī)氮組分含量變化明顯，其中土壤氨態(tài)氮對(duì)生態(tài)環(huán)境變化最為敏感。

黑河下游濕地; 有機(jī)氮組分; 剖面; 分布特征

氮是植物生長(zhǎng)最重要的元素之一，也是全球生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分。有機(jī)態(tài)氮是土壤氮素的主要存在形態(tài)，也是礦質(zhì)態(tài)氮的源和庫(kù)。有機(jī)態(tài)氮含量和分布不同程度受土壤類(lèi)型、土壤層次、根際環(huán)境、施肥和耕作狀況等諸多因素影響[1- 3]。土壤有機(jī)態(tài)氮在土壤肥力、氮素循環(huán)和環(huán)境保護(hù)中占有重要地位，長(zhǎng)久以來(lái)受到研究者的極大關(guān)注[4- 12]。由于有機(jī)氮組成復(fù)雜，研究起步較晚，自1965年Bremner提出將有機(jī)氮分為酸解氨態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、酸解性未知氮和非酸解未知態(tài)氮等形態(tài)后[13]，人們才開(kāi)始對(duì)有機(jī)氮形態(tài)、轉(zhuǎn)化及影響因子等進(jìn)行研究，其化學(xué)形態(tài)及其存在狀況是影響土壤氮素有效性的重要因子[4]。目前土地利用方式對(duì)土壤氮素影響的研究多側(cè)重于利用方式改變后土壤有機(jī)氮組分、溶解性有機(jī)氮、顆粒有機(jī)氮及微生物量氮的變化等方面[3,14- 16]。黨亞愛(ài)等[17]研究結(jié)果表明，土地利用類(lèi)型對(duì)黃土高原典型土壤有機(jī)氮組分含量分布存在一定影響，基本呈草地>農(nóng)田的分布特征。用Bremner法分離土壤有機(jī)氮各組分的研究發(fā)現(xiàn)施肥和灌溉方法對(duì)有機(jī)氮組分含量及組成的影響極為深刻[8- 11,18- 19]，相關(guān)研究表明，在不同施肥處理或灌溉方式下，土壤層次對(duì)有機(jī)氮組分分布影響的總體趨勢(shì)表現(xiàn)為各有機(jī)氮組分含量隨土層加深而下降，而有機(jī)氮各組分占全氮比例相對(duì)穩(wěn)定。王克鵬等[12]在研究長(zhǎng)期施肥對(duì)河西走廊灌漠土有機(jī)氮組分影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)照及有機(jī)肥各處理土壤中，均以氨基酸氮和酸解未知氮占優(yōu)勢(shì)地位。但這些研究多集中于農(nóng)田、森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)，且很少考慮生態(tài)環(huán)境變化對(duì)土壤有機(jī)氮組分的影響。

黑河下游濕地是典型的高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)，也是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。近年來(lái)由于自然因素影響和人為干擾的雙重疊加作用，加之高原濕地功能分區(qū)劃分不盡合理，導(dǎo)致區(qū)域水量減少、濕地退化和草地沙化。因此，區(qū)域土壤有機(jī)氮組分對(duì)生態(tài)環(huán)境變化的響應(yīng)特征是值得關(guān)注的重要內(nèi)容[14- 15,20]。然而，國(guó)內(nèi)外有關(guān)濕地不同土壤類(lèi)型剖面層次有機(jī)氮組分的剖面分布特征還鮮見(jiàn)報(bào)道。所以本文擬通過(guò)對(duì)黑河下游濕地典型土壤不同土層有機(jī)氮組分含量及分布規(guī)律的研究，為區(qū)域濕地利用及保護(hù)，修復(fù)退化濕地和沙化草地提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黑河下游濕地位于四川省若爾蓋濕地西北部，位置介于東經(jīng)102°11′—102°29′、北緯33°52′—34°00′之間。地貌以寬谷緩丘為基本特征，類(lèi)型主要為緩丘、寬淺網(wǎng)狀河谷和階地等。研究區(qū)屬高原寒溫帶濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫0.7 ℃，年降水量493.6—836.7 mm，相對(duì)濕度78%；日照時(shí)間長(zhǎng)，輻射強(qiáng)度大。植被以沼澤植被和草甸植被為主，沼澤植物的優(yōu)勢(shì)種有木里苔草(Carexmuliensis)、烏拉苔草(Carexmeyeriana)、毛果苔草(Carexlasiocarpa)、藏嵩草(Kobresiatibetica)等，草甸植被以蓼屬(Polygonumspp.)、嵩草屬(Kobresiaspp.) 植物為主。黑河下游濕地區(qū)域內(nèi)成土母質(zhì)主要有三疊系的板巖、砂巖、白云巖、泥灰?guī)r構(gòu)成的殘積、坡積物和第四系的沖積、洪積、湖積物。這些母巖、母質(zhì)在氣候、生物、地形、時(shí)間和人為活動(dòng)等成土因素的作用下，發(fā)育成泥炭土、沼澤土、草甸土、亞高山草甸土、風(fēng)沙土等。

1.2 供試土壤

圖1 樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of sampling points PS: 泥炭土Peat soil；BS: 沼澤土Boggy soil；MS:草甸土Meadow soil；SMS: 亞高山草甸土Subalpine meadow soil；ASS: 風(fēng)沙土Aeolian sandy soil

在全面考察黑河下游濕地的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件于2011年7月進(jìn)行土壤采集。以不同土壤類(lèi)型為基礎(chǔ)，選擇5種土壤，每種土壤采集3個(gè)樣點(diǎn)，每樣點(diǎn)按0—5 cm、5—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—50 cm進(jìn)行分層采樣，共計(jì)5種土壤類(lèi)型、15個(gè)樣點(diǎn)、75個(gè)土樣，樣點(diǎn)分布如圖1所示。土樣帶回實(shí)驗(yàn)室置于通風(fēng)、陰涼、干燥的室內(nèi)風(fēng)干，挑出礫石和根系，過(guò)2 mm篩，混合均勻備用。供試土壤樣品的基本理化性質(zhì)如下：pH值6.05—8.23、有機(jī)質(zhì)6.77—191.22 g/kg、全氮0.38—7.13 g/kg、全磷0.30—1.78 g/kg、全鉀5.57—29.96 g/kg。

1.3 分析方法

土壤全氮測(cè)定采用半微量凱氏法。有機(jī)氮組分測(cè)定采用Bremner法，將待測(cè)土樣用6 mol/L HCl于120 ℃水解12 h，然后依次測(cè)出水解液中氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮及未知態(tài)氮。其中，酸解總氮用凱氏法；酸解氨態(tài)氮用氧化鎂蒸餾法；氨態(tài)氮及氨基糖態(tài)氮用pH值11.2的磷酸鹽-硼酸鹽緩沖液蒸汽蒸餾法；氨基酸態(tài)氮用茚三酮氧化，磷酸鹽-硼酸鹽緩沖液蒸汽蒸餾法；非酸解態(tài)氮、酸解氨基糖態(tài)氮和未知態(tài)氮用差減法求得[21]。即將土壤有機(jī)氮分為酸解氮與非酸解氮兩大部分，酸解氮又分為氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮和未知態(tài)氮。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)單因素方差分析(ANONA)研究不同土壤類(lèi)型有機(jī)氮組分的差異性，平均數(shù)比較采用最小顯著差數(shù)法(LSD)檢驗(yàn)。文中數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤酸解氮、非酸解氮含量及剖面分布特征

黑河下游濕地不同土壤類(lèi)型酸解氮和非酸解氮含量如圖2所示。泥炭土、沼澤土、草甸土、亞高山草甸土酸解氮和非酸解氮含量的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈降低趨勢(shì)，而風(fēng)沙土卻相反，酸解氮和非酸解氮含量的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈升高趨勢(shì)；5種土壤酸解氮的含量均大于非酸解氮含量。

圖2 不同土壤類(lèi)型酸解氮和非酸解氮含量Fig.2 Concentrations of acidolysable N and non-acidolysable N among different soil types小寫(xiě)字母表示相同土層不同土壤類(lèi)型含量差異達(dá)5%顯著水平；PS: 泥炭土；BS: 沼澤土；MS: 草甸土；SMS: 亞高山草甸土；ASS: 風(fēng)沙土

5種土壤酸解氮含量的變化范圍為0.07—5.76 g/kg；除風(fēng)沙土外，其余土壤類(lèi)型均以0—5 cm土層酸解氮含量為最高，其高低順序?yàn)槟嗵客?沼澤土>草甸土>亞高山草甸土>風(fēng)沙土。在0—5 cm土層酸解氮含量差異除泥炭土與沼澤土、草甸土與亞高山草甸土外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)；在5—10 cm土層酸解氮含量差異除泥炭土與沼澤土外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)；在10—20 cm土層酸解氮含量差異除泥炭土與沼澤土、亞高山草甸土與風(fēng)沙土外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)；在20—50 cm各相同土層內(nèi)，酸解氮含量差異除草甸土、亞高山草甸土、風(fēng)沙土之間外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)。

5種土壤非酸解氮含量的變化范圍為0.02—1.38 g/kg；除風(fēng)沙土外，其余土壤類(lèi)型均以0—5 cm土層非酸解氮含量為最高，其高低順序?yàn)槟嗵客?沼澤土>草甸土>亞高山草甸土>風(fēng)沙土。在相同土層，各土壤非酸解氮含量差異與酸解氮相似。

2.2 土壤酸解氮組分含量及剖面分布特征

黑河下游濕地不同土壤類(lèi)型酸解各組分氮含量如圖3所示。泥炭土、沼澤土、草甸土、亞高山草甸土所含的氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮含量的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈降低趨勢(shì)，而風(fēng)沙土卻相反，上述酸解氮組分含量的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈升高趨勢(shì)；5種土壤未知態(tài)氮含量均在剖面分布上無(wú)明顯特征。在0—30 cm各相同土層內(nèi)，5種土壤酸解各組分氮含量的大小順序均為氨基酸態(tài)氮>氨態(tài)氮>未知態(tài)氮>氨基糖態(tài)氮；而在30—50 cm土層，5種土壤酸解各組分氮含量的大小順序則無(wú)明顯特征。

圖3 不同土壤類(lèi)型酸解氮組分含量Fig.3 Concentrations of acidolysable N fractions among different soil types小寫(xiě)字母表示相同土層不同土壤類(lèi)型含量差異達(dá)5%顯著水平；PS: 泥炭土；BS: 沼澤土；MS: 草甸土；SMS: 亞高山草甸土；ASS: 風(fēng)沙土

2.2.1 氨態(tài)氮

氨態(tài)氮的來(lái)源比較復(fù)雜，其部分是無(wú)機(jī)態(tài)氮，包括土壤中吸附性銨和固定態(tài)銨；部分也可能是來(lái)自酸解過(guò)程中某些氨基酸和氨基糖脫氨產(chǎn)生的；還有部分則來(lái)自酰胺類(lèi)化合物，其他來(lái)源的相關(guān)研究很少[22]。由圖3可見(jiàn)，5種土壤氨態(tài)氮含量的變化范圍為0.11—2.42 g/kg。在0—5 cm土層氨態(tài)氮含量差異除泥炭土與沼澤土、草甸土與亞高山草甸土外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)；在5—10 cm土層氨態(tài)氮含量差異除泥炭土與沼澤土外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)；在10—20 cm土層氨態(tài)氮含量差異除泥炭土與沼澤土、草甸土與亞高山草甸土、亞高山草甸土與風(fēng)沙土外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)；在20—30 cm土層氨態(tài)氮含量差異除泥炭土與沼澤土，草甸土、亞高山草甸土、風(fēng)沙土之間外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)；在30—50 cm土層氨態(tài)氮含量差異除草甸土、亞高山草甸土、風(fēng)沙土之間外，其余土壤類(lèi)型之間均達(dá)顯著水平(P<0.05)。此外，在10—30 cm土層范圍內(nèi)，隨土層深度的加深，泥炭土、沼澤土氨態(tài)氮含量均降低明顯，分別降低了72.73%和97.53%，這可能是由于此土層范圍內(nèi)泥炭土、沼澤土含水量急劇下降，氨態(tài)氮易揮發(fā)所致。

2.2.2 氨基酸態(tài)氮

氨基酸態(tài)氮是土壤有機(jī)質(zhì)酸解產(chǎn)物中主要可鑒別的含氮化合物，主要存在土壤有機(jī)質(zhì)中的蛋白質(zhì)和多肽中[22]。由圖3可見(jiàn)，5種土壤氨基酸態(tài)氮含量的變化范圍為0.14—2.69 g/kg。在相同土層，各土壤氨基酸態(tài)氮含量差異與氨態(tài)氮相似。此外，在10—30 cm土層范圍內(nèi)，隨土層深度的加深，泥炭土、沼澤土氨基酸氮含量均降低明顯，分別降低了102.97%和120.24%，這可能是由于泥炭土、沼澤土表層土壤植物掉落物、根等有機(jī)質(zhì)殘?bào)w輸入量較多，而深層土壤有機(jī)質(zhì)殘?bào)w相對(duì)較少，所以此土層范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)急劇下降，從而使有機(jī)質(zhì)中的蛋白質(zhì)和多肽等含氮化合物迅速減少。

2.2.3 氨基糖態(tài)氮

氨基糖態(tài)氮主要存在于真菌的幾丁質(zhì)結(jié)構(gòu)中，主要來(lái)源于微生物細(xì)胞壁物質(zhì)，與微生物量的關(guān)系非常密切[22- 23]。由圖3可見(jiàn)，5種土壤氨基糖態(tài)氮含量的變化范圍為0.01—0.20 g/kg。在相同土層，各土壤氨基糖態(tài)氮含量差異與氨態(tài)氮相似。此外，在10—30 cm土層范圍內(nèi)，隨土層深度的加深，泥炭土、沼澤土氨基糖態(tài)氮含量均降低明顯，分別降低了75.00%和133.33%，這可能是由于此土層范圍內(nèi)泥炭土、沼澤土所含新鮮有機(jī)質(zhì)急劇減少，土壤微生物可利用能量大大降低，從而使土壤微生物量和微生物活性降低明顯，也可能是因?yàn)橹参锔祵?duì)土壤氮素的吸收與微生物對(duì)氮素的需求是一種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，此土層范圍內(nèi)植物根系對(duì)土壤氮素的需求較大，則土壤中的微生物活性較低。

2.2.4 未知態(tài)氮

未知態(tài)氮是酸解過(guò)程中還未能鑒別的含氮化合物[22]；Kelley 等[24]研究認(rèn)為未知態(tài)氮主要為非α-氨基酸氮、N-苯氧基氨基酸氮和嘧啶、嘌呤等雜環(huán)氮，此外，還包括部分酸解時(shí)不能釋放的固定態(tài)銨。由圖3可見(jiàn)，5種土壤未知態(tài)氮含量的變化范圍為0.05—1.11 g/kg。在相同土層，各土壤未知態(tài)氮含量差異與氨態(tài)氮相似。此外，5種土壤未知態(tài)氮含量均在剖面分布上無(wú)明顯特征。

2.3 土壤有機(jī)氮組分比例構(gòu)成及剖面分布特征

土壤中各形態(tài)氮含量占全氮總量的百分?jǐn)?shù)可以作為分配系統(tǒng)用以表征土壤有機(jī)氮各組分的比例構(gòu)成。黑河下游濕地不同土壤類(lèi)型有機(jī)氮組分比例構(gòu)成結(jié)果如圖4所示。5種土壤酸解氮和非酸解氮占全氮比例的分布特點(diǎn)與其含量的分布相似，即土壤酸解氮占全氮比例明顯大于非酸解氮占全氮比例。其中酸解氮占全氮的71.04%—81.79%，非酸解氮占全氮的18.21%—28.96%。酸解氮占全氮比例的剖面分布總體上均隨土層深度增加而呈降低趨勢(shì),而非酸解氮占全氮比例的剖面分布則相反。在5種土壤酸解氮組分中，氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮占全氮比例的剖面分布總體上均隨土層深度增加而呈降低趨勢(shì)，而未知態(tài)氮占全氮比例均在剖面分布上無(wú)明顯特征。在0—30 cm各相同土層內(nèi)，5種土壤酸解各組分氮分配比例大小順序均為氨基酸態(tài)氮>氨態(tài)氮>未知態(tài)氮>氨基糖態(tài)氮；而在30—50 cm土層，5種土壤酸解各組分氮分配比例大小順序則無(wú)明顯特征；這與其含量的分布特征相同。

2.3.1 酸解氮

本研究中5種土壤酸解氮占全氮的71.04%—81.79%，由此可見(jiàn)，酸解氮是土壤全氮的主體。其中，泥炭土酸解氮占全氮的78.87%—80.85%，沼澤土酸解氮占全氮的75.48%—81.45%，草甸土酸解氮占全氮的74.30%—81.16%，亞高山草甸土酸解氮占全氮的71.04%—80.53%，風(fēng)沙土酸解氮占全氮的76.45%—81.70%?？傮w而言，酸解氮占全氮的比例草甸土、亞高山草甸土變化明顯。此外，5種土壤酸解氮占全氮比例均以0—5 cm土層為最大，占全氮的80.53%—81.70%。

圖4 不同土壤類(lèi)型有機(jī)氮各組分占全氮的比例Fig.4 Proportions of organic N fractions to total N among different soil types1: 泥炭土 2: 沼澤土 3: 草甸土 4: 亞高山草甸土 5: 風(fēng)沙土

(1) 氨態(tài)氮

本研究中5種土壤氨態(tài)氮占酸解氮的29.63%—42.31%，所占酸解氮比例僅次于氨基酸態(tài)氮。由此可見(jiàn)，氨態(tài)氮在土壤酸解氮組分中占主導(dǎo)地位。其中，泥炭土氨態(tài)氮占酸解氮的29.63%—40.63%，沼澤土氨態(tài)氮占酸解氮的31.21%—42.31%，草甸土氨態(tài)氮占酸解氮的34.58%—41.46%，亞高山草甸土氨態(tài)氮占酸解氮的35.14%—40.13%，風(fēng)沙土氨態(tài)氮占酸解氮的31.79%—36.23%。總體而言，氨態(tài)氮占酸解氮的比例泥炭土、沼澤土變化明顯。

(2) 氨基酸態(tài)氮

本研究中5種土壤氨基酸態(tài)氮占酸解氮的31.48%—50.00%，在酸解有機(jī)氮中占主導(dǎo)地位，所占酸解氮比例也最高。其中，泥炭土氨基酸態(tài)氮占酸解氮的31.48%—46.01%，沼澤土氨基酸態(tài)氮占酸解氮的35.26%—47.03%，草甸土氨基酸態(tài)氮占酸解氮的32.86%—47.56%，亞高山草甸土氨基酸態(tài)氮占酸解氮的34.00%—46.53%，風(fēng)沙土氨基酸態(tài)氮占酸解氮的43.66%—50.00%?？傮w而言，氨基酸態(tài)氮占酸解氮的比例泥炭土、草甸土變化明顯。

(3) 氨基糖態(tài)氮

本研究中5種土壤氨基糖態(tài)氮占酸解氮的2.00%—3.66%，與其他有機(jī)氮組分相比，氨基糖態(tài)氮含量最低。其中，泥炭土氨基糖態(tài)氮占酸解氮的2.59%—3.30%，沼澤土氨基糖態(tài)氮占酸解氮的2.31%—3.50%，草甸土氨基糖態(tài)氮占酸解氮的2.44%—3.66%，亞高山草甸土氨基糖態(tài)氮占酸解氮的2.00%—3.18%，風(fēng)沙土氨基糖態(tài)氮占酸解氮的2.40%—3.45%。總體而言，氨基糖態(tài)氮占酸解氮的比例草甸土變化明顯。

(4) 未知態(tài)氮

本研究中5種土壤未知態(tài)氮占酸解氮的7.17%—36.67%。其中，泥炭土未知態(tài)氮占酸解氮的10.07%—36.67%，沼澤土未知態(tài)氮占酸解氮的7.17%—31.21%，草甸土未知態(tài)氮占酸解氮的7.32%—28.57%，亞高山草甸土未知態(tài)氮占酸解氮的9.90%—28.38%，風(fēng)沙土未知態(tài)氮占酸解氮的16.13%—28.57%?？傮w而言，未知態(tài)氮占酸解氮的比例泥炭土、沼澤土變化明顯。

2.3.2 非酸解氮

本研究中5種土壤非酸解氮占全氮的18.21%—28.96%。其中，泥炭土非酸解氮占全氮的19.15%—21.13%，沼澤土非酸解氮占全氮的18.55%—24.52%，草甸土非酸解氮占全氮的18.84%—25.70%，亞高山草甸土非酸解氮占全氮的19.47%—28.96%，風(fēng)沙土非酸解氮占全氮的18.30%—23.55%?？傮w而言，非酸解氮占全氮的比例草甸土、亞高山草甸土變化明顯。此外，非酸解氮占全氮比例均以30—50 cm土層為最大，占全氮的21.13%—28.96%。

3 討論

3.1 土壤有機(jī)氮組分剖面分布特征

黑河下游濕地土壤有機(jī)氮組分含量明顯特點(diǎn)是泥炭土、沼澤土含量較高，如有機(jī)氮組分中氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮含量分別為0.54—2.42 g/kg和0.61—2.65 g/kg，而張玉玲等[16]研究表明水田、旱地、林地等不同土地利用方式下潮棕壤氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮含量分別僅為79.0—185.6 mg/kg和41.5—211.3 mg /kg。由此可見(jiàn)，泥炭土、沼澤土氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮含量均是潮棕壤的數(shù)十倍左右，出現(xiàn)如此大的差異，其原因一方面是泥炭土、沼澤土分布在低濕地段，地下水位高，土壤中水分含量豐富，濕生、水生生物年復(fù)一年枯死，日積月累形成大量有機(jī)質(zhì)，提高了土壤有機(jī)氮含量。另一方面是濕地生物固氮更為明顯，且淹水土壤不僅有光合自養(yǎng)固氮，也有異養(yǎng)固氮[25]，這些都源源不斷地供給氮源。同時(shí)，在高寒氣候下，低溫厭氧條件土壤有機(jī)質(zhì)分解緩慢，有機(jī)氮礦化微弱，從而土壤有機(jī)氮及其組分凈積累量均高。土壤有機(jī)氮組分不同，其礦化分解的難易程度不同，可礦化氮主要來(lái)源于酸解氮[26]，尤其是酸解氨態(tài)氮和氨基酸態(tài)氮[5]。本研究中5種土壤酸解氨基酸態(tài)氮占全氮的24.27%—38.36%，酸解氨態(tài)氮占全氮的23.30%—34.45%，結(jié)合以上結(jié)果可以看出，黑河下游濕地典型土壤的共同點(diǎn)在于酸解氨基酸態(tài)氮和酸解氨態(tài)氮在有機(jī)氮組分中均占有較高比例。由此可見(jiàn)，酸解氨基酸態(tài)氮和酸解氨態(tài)氮是黑河下游濕地主要土壤類(lèi)型中最重要的有機(jī)氮形態(tài)。這與王克鵬等[12]報(bào)道河西走廊灌漠土的有機(jī)氮組分是以氨基酸態(tài)氮和酸解未知氮占主導(dǎo)地位的研究結(jié)果不同。其主要原因可能是由于土壤性質(zhì)的不同造成灌漠土中未知態(tài)氮含量較高，至于氣候、水分是否有影響有待進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果表明，黑河下游濕地主要土壤類(lèi)型的酸解氮占全氮比例隨著剖面深度的增加呈降低趨勢(shì)，即隨著土壤剖面的加深，研究區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)氮向著結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的非酸解氮轉(zhuǎn)化，土壤氮素有效性降低；而黃土高原典型土壤酸解氮占全氮比例則隨著剖面加深呈升高趨勢(shì)，土壤氮素有效性增加[17]。這可能是由于濕地土壤隨著剖面深度的加深，土壤水熱條件及通氣性能變化更為顯著，影響了土壤有機(jī)質(zhì)礦化及腐殖化程度，致使土壤中的有機(jī)質(zhì)品質(zhì)產(chǎn)生差異，從而促進(jìn)了土壤有機(jī)氮向結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的非酸解氮轉(zhuǎn)化，表明不同自然條件下土壤有機(jī)氮組分及其有效性的剖面分布特點(diǎn)不同。此外，研究區(qū)內(nèi)風(fēng)沙土與其余土壤類(lèi)型相反，其含有的酸解氮、非酸解氮及酸解氮組分氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮含量隨剖面加深而升高。這可能是由于風(fēng)沙土表層干燥，含水量低，隨著土壤深度的增加，土壤含水量略有增加，促進(jìn)了土壤氮素養(yǎng)分的循環(huán)；也有可能是因?yàn)轱L(fēng)沙區(qū)植被多為深根植物，受到植物根系分泌物的影響。

3.2 濕地退化、草地沙化對(duì)土壤有機(jī)氮組分的影響

野外調(diào)查表明，黑河下游濕地因微地貌差異而存在著兩個(gè)主要的生態(tài)演變過(guò)程：低地形部位土壤失水干化和高地形部位土壤沙化。黑河下游濕地低地形部位土壤有泥炭土、沼澤土緩慢演化為草甸土、亞高山草甸土的趨勢(shì)；而在河流高階地和緩丘中上部的草甸土和亞高山草甸土則存在演化為風(fēng)沙土的明顯趨勢(shì)。這兩種演變結(jié)果均為土壤有機(jī)氮組分含量明顯降低，其原因一方面是由于疏干沼澤、濫墾濫挖、過(guò)度放牧等人為因素的干擾導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，沼澤鹽漬化，或草原原生植被和土壤腐殖質(zhì)層破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致土壤粗瘠化或沙化，從而使土壤有機(jī)氮組分含量明顯降低，這與查春梅等人關(guān)于人為因素干擾明顯影響土壤有機(jī)氮組分的研究結(jié)果相似[3]；另一方面是由于自然因素風(fēng)蝕導(dǎo)致了土壤氮素養(yǎng)分的損失，由于表層土壤一般氮素養(yǎng)分含量較高，而深層土壤則較低，風(fēng)蝕帶走的都是表層土壤，因而沙化土壤氮素包括有機(jī)氮組分也明顯降低。此外，黑河下游濕地泥炭土、沼澤土、草甸土、亞高山草甸土和風(fēng)沙土5種土壤在表層0—10 cm范圍內(nèi)，土壤有機(jī)氮組分含量變化明顯，且依次降低，而深層土壤的變化則較為微弱。由于低地形部位土壤失水干化和高地形部位土壤沙化，在土壤表層0—10 cm范圍內(nèi)，有機(jī)氮組分中氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮其絕對(duì)含量均降低了15倍左右，相對(duì)含量也分別降低了7.69%—11.77%、3.51%—3.97%、5.64%—6.02%。由此可見(jiàn)，土壤氨態(tài)氮變化最為明顯，它對(duì)生態(tài)環(huán)境變化最為敏感。

4 結(jié)論

(1)氨基酸態(tài)氮和氨態(tài)氮是黑河下游濕地主要土壤類(lèi)型中最重要的有機(jī)氮組分形態(tài)。泥炭土、沼澤土、草甸土、亞高山草甸土所含的酸解氮、非酸解氮和酸解氮組分氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮含量的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈降低趨勢(shì)，而風(fēng)沙土卻相反，上述有機(jī)氮組分含量的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈升高趨勢(shì)；5種土壤酸解氮及其組分氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮占全氮比例的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈降低趨勢(shì)，而非酸解氮占全氮比例的剖面分布總體上均隨土層深度的增加而呈升高趨勢(shì)；5種土壤酸解未知態(tài)氮含量及占全氮的比例均在剖面分布上無(wú)明顯特征。

(2)黑河下游濕地泥炭土、沼澤土有機(jī)氮組分含量明顯高于其他土壤類(lèi)型。在濕地退化、草地沙化過(guò)程中，由于自然因素影響和人為因素干擾的雙重疊加作用，表層0—10 cm土壤有機(jī)氮組分含量變化明顯，其中土壤氨態(tài)氮對(duì)生態(tài)環(huán)境變化最為敏感。

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Profile distribution characteristics of soil organic nitrogen fractions in the lower reaches of the Heihe River wetland

LUO Ruyi, ZHANG Shirong*, XU Xiaoxun, LI Ting

1KeyLaboratoryofSoilEnvironmentProtectionofSichuanProvince,Chengdu611130,China2CollegeofResourcesandEnvironment,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China

Nitrogen (N) is one of the most important element in plant growth and an important part of the global ecosystem substances circulation. Organic N is both the main form of soil N and pool of mineral N. Soil organic N plays an important role in soil fertility, N cycling and environmental protection. Usually, the concentration and distribution of soil organic N mainly affected by soil types, soil level, rhizospheric environment, fertility and farming conditions, etc, and the chemical forms and status of soil organic N is the important factor affecting the availability of soil N. Currently, researchers have focused more on effect of different land use systems on changes of soil organic N fractions, dissolved organic N, particulate organic N and microbial biomass N, as well as effect of different fertilization and irrigation approaches on concentrations and composition of organic N fractions by using the Bremner′s method to separate soil organic N fractions. Combined with filed investigation, five types of soil samples in the lower reaches of Heihe river wetland were collected, and the organic N fractions were studied using the Bremner′s method, the results showed that acidolysable N was the dominant fraction of organic N in all the soil samples (0—50 cm soil layer), and the proportion of acidolysable N to total N was from 71.04% to 81.79%. The concentrations of acidolysable N, non-acidolysable N and acidolysable N fractions (ammonia N, amino acid N, amino sugar N) of Peat soil, Boggy soil, Meadow soil, Subalpine meadow soil decreased, but increased in the Aeolian sandy soil generally with soil depth in the profile. Furthermore, the proportions of acidolysable N and acidolysable N fractions (ammonia N, amino acid N, amino sugar N) to total N of all the soil samples generally decreased with soil depth in the profile distribution, while the proportion of non-acidolysable N to total N generally increased with soil depth in the profile distribution. The concentration of acidolysable unknown N and the proportion to total N of all the soil samples did not show any specific characteristics. In addition, in the same soil layer (0—30 cm), the concentrations of acidolysable N fractions and the proportions to total N varied as the followings: amino acid N > ammonia N > unknown N > amino sugar N; However, in 30—50 cm soil layer, the concentrations of acidolysable N fractions and the proportions to total N of the soil did not show any typic characteristics. Besides, the soil organic N fractions in the surface soil (0—10 cm) changed obviously along with the soil desiccation and desertification in the lower reaches of the Heihe River wetland, and the soil ammonia N of soil was the most sensitive one to the ecological environment factors.

Heihe River wetland; organic nitrogen fractions; profile; distribution characteristics

國(guó)家科技支撐計(jì)劃 (2012BAD14B18, NC2010RE0057)

2013- 05- 19;

日期:2014- 04- 11

10.5846/stxb201305191113

*通訊作者Corresponding author.E-mail: rsz01@163.com

羅如熠，張世熔，徐小遜，李婷.黑河下游濕地土壤有機(jī)氮組分剖面的分布特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(4):956- 964.

Luo R Y, Zhang S R, Xu X X, Li T.Profile distribution characteristics of soil organic nitrogen fractions in the lower reaches of the Heihe River wetland.Acta Ecologica Sinica,2015,35(4):956- 964.