晉西北不同年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮礦化和硝化作用

白日軍,楊治平,張 強(qiáng),張訓(xùn)忠

1 山西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,太原 030012 2 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所,太原 030031 3 土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,太原 030031 4 美國弗吉尼亞理工大學(xué)作物土壤環(huán)境系,美國 24061

晉西北不同年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮礦化和硝化作用

白日軍1,楊治平2,3,*,張 強(qiáng)2,3,張訓(xùn)忠4

1 山西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,太原 030012 2 山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所,太原 030031 3 土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,太原 030031 4 美國弗吉尼亞理工大學(xué)作物土壤環(huán)境系,美國 24061

小葉錦雞兒；土壤氮礦化與硝化；晉西北黃土丘陵區(qū)

小葉錦雞兒(CaraganamicrophyllaLam.)是錦雞兒屬(CaraganaFabr.)植物的一個(gè)種,在晉西北有廣泛分布,是黃土高原地區(qū)的主要旱生落葉灌木樹種[14]。小葉錦雞兒根系發(fā)達(dá),具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆性,是營造水土保持林、防風(fēng)固沙的優(yōu)良樹種之一[15]。目前小葉錦雞兒灌叢對晉西北半干旱種植區(qū)土壤理化性質(zhì)[16]、土壤水分[17]、土壤肥力[18]、土壤空間變異[19]、土壤碳儲量[20]等已有不少研究,但有關(guān)土壤氮素轉(zhuǎn)化方面的研究還未見報(bào)道。本文采用頂蓋埋管原位培育法對晉西北黃土丘陵區(qū)不同生長年限下小葉錦雞兒灌叢的土壤氮素動態(tài)變化進(jìn)行了研究,重點(diǎn)研究了氮素的礦化和硝化速率以及凈礦化和硝化總量,對晉西北小葉錦雞兒灌叢氮循環(huán)研究和灌叢的合理管理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)在山西省西北部的五寨縣,地處黃土高原東部邊緣,位于我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶。該區(qū)黃土覆蓋深厚,氣候四季分明：春季干旱多風(fēng),夏秋雨量集中,冬季寒冷干燥,屬溫帶大陸性氣候。年降雨量400mm左右,蒸發(fā)量1913mm,年均溫4.1—5.5℃,年內(nèi)降水分布不均,6—8月份降水占全年降水量的70%以上,春季3—5月份降水占10%。該地區(qū)年均風(fēng)速 2.8 m/s,常年出現(xiàn)大風(fēng)天氣,春天≥6 級的大風(fēng)日數(shù)為35.4 d,同時(shí)往往伴有揚(yáng)沙天氣,每年揚(yáng)沙日數(shù)達(dá)26.4 d。土壤類型以黃綿土和栗褐土為主。為防治水土流失,防風(fēng)固沙,改善生態(tài)環(huán)境,從20世紀(jì)60年代以來,小葉錦雞兒灌叢在當(dāng)?shù)亻_始大量種植,累計(jì)面積已達(dá)到20104hm2,成為當(dāng)?shù)刂匾娜斯ぶ脖弧?/p>

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采樣所在地位于五寨縣西北方向的石咀頭村,東經(jīng)111°28′— 112°00′,北緯38°44′— 39°17′,海拔1200—1400 m,坡度0—4°。本試驗(yàn)選擇同一坡面、地形因子相似、生長年限分別為5、10、20、30、40a的小葉錦雞兒人工灌叢進(jìn)行研究,種植密度為行距2.5m,株距1.0m。各年限土壤理化性狀見表1。

表1 小葉錦雞兒灌叢土壤理化性狀

2.2 數(shù)據(jù)處理

Nmin=(NTi-NTi-1)/(Ti-Ti-1)

采用單因素方差分析法(ANOVA) 進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)(α= 0.05)。圖表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。

3 結(jié)果與分析

3.1 小葉錦雞兒灌叢不同生長年限及不同生長季節(jié)土壤無機(jī)氮動態(tài)變化

表2 小葉錦雞兒灌叢土壤不同生長年限不同生長季節(jié)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量

不同字母表示相同月份不同年限間差異顯著(P< 0.05)

表3 小葉錦雞兒灌叢不同生長年限不同季節(jié)土壤無機(jī)氮含量變化

不同字母表示同一年限不同季節(jié)間差異顯著(P< 0.05)

3.2 不同生長年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮硝化和氮礦化速率

從小葉錦雞兒灌叢各生長季土壤氮硝化和氮礦化動態(tài)結(jié)果(圖1)看,5—6月份間5年生小葉錦雞兒土壤硝化速率和礦化速率最低,20年生,30年生和40年生小葉錦雞兒土壤硝化速率和礦化速率顯著高于5年生(P< 0.05)。7—8月份是硝化速率和礦化速率快速增長期,30年生小葉錦雞兒土壤硝化速率和礦化速率分別達(dá)到86.9, 93.1 mg m-2d-1,顯著高于5年生,10年生和20年生(P< 0.05)；從9月份開始,土壤硝化速率和礦化速率開始下降,回歸到5—6月份的水平。對整個(gè)生長季進(jìn)行統(tǒng)計(jì),土壤硝化速率和礦化速率隨小葉錦雞兒生長年限延長而逐漸加快,到30a達(dá)到高峰,分別達(dá)40.2,44.1 mg m-2d-1。

3.3 不同生長年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮硝化和氮礦化累積動態(tài)

圖2所示的是不同生長年限小葉錦雞兒土壤在各月份可累積的氮硝化和氮礦化總量。累積趨勢與土壤氮硝化速率和氮礦化速率趨勢一致,7—8月份是各生長年限小葉錦雞兒土壤氮硝化和氮礦化量累積的高峰期,在此期間,30年生土壤氮硝化與礦化累積量最高,分別是5年生土壤氮硝化與礦化累積量的5.09倍和5.06倍。

圖1 不同生長年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮硝化與氮礦化速率Fig.1 Soil net N nitrification rates and net N mineralization in different incubation periods不同字母表示同一月份不同年限間差異顯著(P< 0.05)

圖2 不同生長年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮硝化和氮礦化累積量Fig.2 Soil accumulated mineral N and -N in different sampling date

表4 不同生長年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮硝化與礦化總量

4 討論

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Soil nitrogen mineralization and nitrification underCaraganamicrophyllashrubs of different ages in the northwestern Shanxi Loess Plateau

BAI Rijun1, YANG Zhiping2, 3,*, ZHANG Qiang2, 3,ZHANG Xunzhong4

1ShanxiAcademyofForestrySurvey,PlanningandDesign,Taiyuan030012,China2InstituteofAgriculturalEnvironmentandResources,ShanxiAcademyofAgriculturalSciences,Taiyuan030031,China3KeyLaboratoryofSoilEnvironmentandNutrientResourcesofShanxiProvince,Taiyuan030031,China4DepartmentofCropandSoilEnvironmentalSciences,VirginiaPolytechnicInstituteandStateUniversity,Blacksburg,VA,USA24061

Caraganamicrophyllashrubs; net N mineralization and nitrification; northwestern Shanxi Loess Plateau

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士基金項(xiàng)目(YBSJJ1309)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(201103003)；山西省百人計(jì)劃項(xiàng)目

2015- 06- 10;

日期:2016- 04- 12

10.5846/stxb201506101175

*通訊作者Corresponding author.E-mail:yzpsx0208@163.com

白日軍,楊治平,張強(qiáng),張訓(xùn)忠.晉西北不同年限小葉錦雞兒灌叢土壤氮礦化和硝化作用.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(24):8008- 8014.

Bai R J, Yang Z P, Zhang Q,Zhang X Z.Soil nitrogen mineralization and nitrification underCaraganamicrophyllashrubs of different ages in the northwestern Shanxi Loess Plateau.Acta Ecologica Sinica,2016,36(24):8008- 8014.