高山冬季不同海拔對土壤養(yǎng)分特征和微生物生物量的影響

王雪玲 胡霞

摘 要 在四川省峨眉山選擇4個不同的海拔采集土壤樣品，測定土壤溫度、含水量、微生物量和土壤養(yǎng)分含量。發(fā)現(xiàn)隨著海拔梯度的增加，土壤溫度呈下降趨勢，含水量在中等海拔處最高，全鉀呈現(xiàn)不規(guī)則變化趨勢，OM、全氮、NH4+-N、NO3--N、MBC和MBN含量在海拔2 400 m的土壤中最高。這些結(jié)果表明峨眉山未凍結(jié)土壤的高海拔處雖然溫度較低，但是土壤中有機質(zhì)和礦物營養(yǎng)水平較高，能為非生長季和來年春季植物的生長提供充足的營養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 海拔;冬季;微生物量;土壤養(yǎng)分;峨眉山

土壤在冬季甚至在冰雪下都有著旺盛的生命力[1-3]，即使土壤被凍結(jié)，土壤微生物也并沒有休眠，其生命活動仍在繼續(xù)[4]。微生物的活動不可避免地影響著冬季凋落物的分解過程，對土壤中有效碳源的動態(tài)變化有著重要影響，最終影響著土壤營養(yǎng)和物質(zhì)循環(huán)過程[5]。高山生態(tài)環(huán)境有3～5個月的寒冷季節(jié)，其高山冬季土壤生態(tài)過程研究卻相對不足，已有的研究也主要集中在北美和北歐的一些國家。作為世界“第三極”的青藏高原，這方面的工作在近年來開始起步[2-4，6-7]。然而作為典型高山地貌的峨眉山卻未見相關(guān)研究。峨眉山海拔3 099 m，地形復(fù)雜，植物種類繁多，超過3 000種，垂直帶譜明顯，形成了多種復(fù)雜的植物小環(huán)境，造就了土壤性質(zhì)的極大差異。以峨眉山高山土壤為研究對象，對不同海拔梯度下冬季土壤養(yǎng)分特征和微生物量進行研究，以彌補峨眉山相關(guān)方面信息空缺。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域

2018年12月，在峨眉山4個典型植被帶（890 m、1 800 m、2 400 m、3 020 m）隨機選擇4個20 m×20 m地塊。

1.2 研究方法

在每一塊樣地設(shè)置3個采樣點，用土壤采樣器采集土壤樣品，測定土壤氨氮（NH4+-N）、硝酸氮（NO3-N）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）的含量。采用便攜式土壤溫濕度檢測儀測定了5 cm土壤深度處的土壤溫度和土壤含水量。采用靛酚藍比色法和紫外分光光度法分別測定了NH4+-N和NO3-N的含量。采用氯仿熏蒸-直接萃取法測定MBC和MBN含量。分別采用半微量凱氏定氮法、鉬酸銨分光光度法和火焰光度法分析了OM、TN、TP和TK含量[8]。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤溫度和土壤含水量分析

如圖1所示，峨眉山土壤溫度隨海拔的升高而逐漸降低。海拔890 m處的土壤溫度最高，達6.83 ℃，3 020 m處海拔的土壤溫度最低，低至-1 ℃。除海拔3 020 m處土壤處于凍結(jié)狀態(tài)外，其他海拔處土壤均未凍結(jié)。土壤含水量隨海拔升高呈不規(guī)則變化趨勢。中等海拔梯度（2 400 m和1 800 m）土壤含水量較高，分別達到29.35%和20.30%。在最高海拔處，土壤含水量最低，為11.50%。

2.2 土壤養(yǎng)分和微生物量分析

如圖2和圖3所示，土壤TN、NH4+-N、NO3-N、MBC和MBN含量有相同的變化趨勢，均表現(xiàn)為在2400 m海拔處最高。然而，不同海拔的土壤TN、NO3-N、MBC和MBN含量均沒有達到統(tǒng)計顯著水平（PTN=0.330，PNO3-N=0.052，PMBC=0.189，PMBN=0.319）。方差分析結(jié)果表明，海拔對土壤中NH4+-N含量的影響達到極顯著水平（P=0.004<0.01）。具體表現(xiàn)為，NH4+-N含量在2 400 m海拔處最高，在3 020 m海拔處最低，分別為10.87 g·kg-1和5.38 g·kg-1。隨著海拔升高，土壤全磷含量呈緩慢增加的趨勢，在3 020 m處達到最大值2.10 g·kg-1。統(tǒng)計分析結(jié)果未發(fā)現(xiàn)顯著差異（PTP=0.323）。土壤全鉀呈現(xiàn)了不規(guī)則的變化趨勢，并在1 800 m海拔處，達到最高，為37.42 g·kg-1，極顯著高于其他海拔樣地的全鉀含量（PTK=0.000<0.01）。

3 結(jié)論

海拔梯度及其密切相關(guān)的土壤水溫條件對土壤生態(tài)有顯著影響。與以前的研究結(jié)果一致，峨眉山冬季土壤溫度隨海拔的升高而降低。然而，土壤含水量卻呈現(xiàn)不一致的趨勢。在本研究中，土壤含水量在2 400 m海拔處達到最高，而在3 020 m處含水量明顯降低，這與夏天在這個地區(qū)獲得的數(shù)據(jù)不一致[9]。之前的研究表明，峨眉山夏季土壤含水量隨著海拔的升高而上升[9]。這可能是因為峨眉山冬季海拔3 020 m處表層2～20 cm土壤呈現(xiàn)凍結(jié)狀態(tài)，這部分土壤水分不能直接被植物所利用，水分檢測儀不能完全檢測到。海拔2 400 m處的樣地屬于峨眉山落葉闊葉針葉樹混交林帶，凋落物數(shù)量和種類較多，有機質(zhì)含量最高。雖然溫度較低，但此處土壤尚未結(jié)冰，水分充足，有利于微生物的生長和繁殖，有助于土壤快速礦化，因此此處海拔土壤全氮含量、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均最高，植物所需氮源最充足。而低海拔地區(qū)，土壤溫度相對較高，有機物和氮源的消耗也較多，土壤氮含量水平也就較低。本研究中微生物生物量碳氮含量同樣在2 400 m海拔處達到最高，微生物生物量氮含量與土壤含水量顯著相關(guān)，但與土壤有機質(zhì)含量無顯著關(guān)聯(lián)，這與以前的大多數(shù)研究結(jié)果存在差異。例如，賀鳴[10]在貢嘎山東坡林地的研究表明，微生物生物量碳氮具有顯著的垂直分布特征，和土壤有機質(zhì)、全氮關(guān)系密切，呈顯著正相關(guān)。造成這個結(jié)果的原因可能是峨眉山冬季土壤含有豐富的凋落物，各個海拔的土壤樣地均有較高的土壤肥力和豐富的有機質(zhì)，使得有機質(zhì)不能成為制約微生物生長和繁殖的關(guān)鍵因素。而不同海拔土壤的可利用水分含量顯著不同，尤其在高海拔處水分凍結(jié)，可供微生物使用的水分不足，使得水分成為微生物的制約因子。

4 結(jié)語

冬季峨眉山土壤有很高的有機質(zhì)水平和礦物質(zhì)庫，尤其是在海拔2 400 m的針闊混交林帶表現(xiàn)更為明顯。峨眉山冬季高海拔土壤養(yǎng)分和微生物水平都較高，為非生長季和來年春天植物生長提供了充足的潛在營養(yǎng)。

參考文獻：

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[3] Taylor B R，Jones H G.Litter decomposition under snow cover in a balsam fir forest[J].Can J Bot，1990，68：112-120.

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[5] 王邵軍，阮宏華，汪家社.武夷山典型植被類型土壤動物群落的結(jié)構(gòu)特征[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30（19）：5174-5184.

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[7] Michele F，Berwyn L W，Anthony C E，et al.Labile nitrogen， carbon， and phosphorus pools and nitrogen mineralization and immobilization rates at low temperatures in seasonally snow-covered soils[J].Biol Fertil Soils，2007，43：519-529.

[8] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

[9] 胡霞，易難，蔡霜，等.峨眉山不同海拔土壤氮素轉(zhuǎn)化動態(tài)[J].暨南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版），2015，36（5）：378-382.

[10] 賀鳴.貢嘎山東坡林地土壤微生物學(xué)特性的研究[D].成都：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

（責(zé)任編輯：趙中正）