靖邊縣北部風沙區(qū)低效林地土壤全氮分布特征

孟婷婷武丹

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075；5.自然資源部土地工程技術創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075)

靖邊北部風沙灘區(qū)，位于毛烏素沙漠南端，氣候干燥，降水少，風沙嚴重，土壤質量不高，林地退化嚴重，低效林地面積大，林地退化導致了植被-土壤等的一系列變化，而植被-土壤的變化又影響著土壤養(yǎng)分。因此對該地區(qū)土壤養(yǎng)分的探究及土壤資源的準確掌握具有緊迫的現實需求[1]。

在生態(tài)系統(tǒng)中，植被與土壤間存在著相互依賴和相互制約的關系，植被的發(fā)生、發(fā)育及演替的方向與速度會受到土壤理化性質的影響，反過來土壤理化性質又會因植物群落的演變而發(fā)生改變[2]。大量研究表明，植被對土壤質地、容重、孔隙和有機質等土壤物理、化學和生物學等性質有著重要的影響[3,4]，同時，植被還對土壤有改良作用，主要是通過其根系活動和枯落物的分解來直接增加土壤有機養(yǎng)分的含量[5]。王國會等[6]研究表明，黃土丘陵溝壑區(qū)自然恢復草地不同演替階段土壤有機質含量不斷增加，其全氮、有效氮和速效鉀含量也隨著植被演替的進行在不斷增加。此外，植被類型也影響著土壤結構和穩(wěn)定[7]。蔣倩等[7]研究表明，在環(huán)境條件相似、適宜本研究區(qū)植被生長的區(qū)域，以馬尾松為主的植被類型在枯落物養(yǎng)分含量、養(yǎng)分潛在歸還量等方面較其他植被類型均有一定優(yōu)勢，在改良土壤養(yǎng)分、改善土壤結構、減緩水土流失方面均有較高貢獻。在以往的研究中，對植被與土壤的關系研究多集中在植被人工或自然恢復對土壤理化性質等的影響，對林地退化后，形成的低效林與土壤養(yǎng)分之間作用關系研究較少。并且，氮素是植被生態(tài)系統(tǒng)的主要限制資源，與植物的光合作用和細胞分裂密切相關，對植被生態(tài)系統(tǒng)的組成、生產力和生態(tài)功能起著決定性的作用[9]。

由于靖邊縣干旱、半干旱等地區(qū)的降水較為稀少，季節(jié)性分配不均勻，蒸發(fā)較強，土壤中氮的生成和變化規(guī)律也不同。為了及時掌握陜北風沙區(qū)低效林地土壤全氮含量分布現狀，本研究以靖邊北部低效林地為研究對象，開展土壤全氮分布研究，可為旱區(qū)植被的健康可持續(xù)發(fā)展提供一定的科學指導意義。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省靖邊縣北部風沙灘區(qū)，介于N36°58′45″～38°03′15″，E108°17′15″～109°20′15″，處于毛烏素沙漠南緣，地勢南高北低，西高東低。該區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，晝夜溫差大，無霜期短，雨水少，多風沙。年平均氣溫7.8℃，最熱月(7月)平均氣溫22.2℃，最冷月(1月)平均氣溫8.5℃。年降水量395.4mm，降水多集中在7—9月，占全年降水量的62%，年平均蒸發(fā)量1930mm，降水量與蒸發(fā)量年內分配不均。土壤類型主要為風沙土，研究區(qū)總面積27.9910hm2，其中，喬木林地2.0101hm2，灌木林地10.7027hm2，其他地3.1587hm2。

1.2 樣地劃定

綜合前期調研勘探，選擇靖邊縣北部風沙灘區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)5個區(qū)域作為采樣區(qū)域，如圖1所示，采樣區(qū)常見的植被類型有檸條、沙棘、沙柳。

圖1 樣地分布位置示意圖

1.3 土壤樣品采集與測定

根據各區(qū)域面積大小，在紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)分別采集土樣為14、10、11、6和8個，采用口徑40mm的土鉆人工采樣，采樣深度為0～20cm和20～40cm，采集的土樣挑出植物根系和石礫，裝入自封袋中，帶回實驗室備用。帶回實驗室的土樣自然風干后過0.149mm和2mm篩子，分別用于土壤全氮和顆粒組成的測定，土壤全氮測定方法根據鮑士旦[10]主編的《土壤農化分析》半微量凱氏法。土壤顆粒組成采用馬爾文激光粒度儀(Mastersizer 3000，Malvern Instruments Ltd)測定，土壤質地分類按美國農業(yè)部(USDA)標準進行；黏粒、粉粒和砂粒粒徑分別為≤0.002mm、0.002～0.05mm和0.05～2mm。

1.4 土壤全氮分級標準

土壤全氮分級標準參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準[11]，如表1所示。

表1 土壤全氮分級標準對照表

1.5 數據處理及分析

數據處理和分析采用Excel 2010和Spss 22.0，作圖采用Origin 2018，風沙區(qū)土壤全氮含量數據為5個鎮(zhèn)土壤全氮平均值，方差分析用來比較0～20cm和20～40cm土層土壤全氮差異性。

數據變異性：變異系數低于10%為弱變異；10%～30%為中等變異；高于30%為強變異[12]。

2 結果與分析

2.1 土壤顆粒組成分布特征

由表2可知，0～20cm和0～40cm土層，各鎮(zhèn)土壤黏粒含量極低最大值僅為1.97%，砂粒含量較高最小值35.49%，該區(qū)域的土壤質地主要為砂土、砂壤土、壤砂土，極個別點土壤質地為粉壤土。

表2 靖邊縣北部風沙區(qū)各鎮(zhèn)土壤顆粒組成分布特征

2.2 土壤全氮含量分布統(tǒng)計分析

由表3可知，紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)和整個風沙區(qū)土壤全氮含量在0～20cm土層的平均值分別為0.259g·kg-1、0.224g·kg-1、0.242g·kg-1、0.248g·kg-1、0.431g·kg-1和0.275g·kg-1，東坑鎮(zhèn)土壤全氮含量較高于其他鎮(zhèn)，其他各區(qū)域差異不大。在20～40cm土層，土壤全氮的平均值分別為0.239g·kg-1、0.285g·kg-1、0.113g·kg-1、0.262g·kg-1、0.349g·kg-1和0.241g·kg-1，黃蒿界鎮(zhèn)土壤全氮含量較其他鎮(zhèn)略低，東坑鎮(zhèn)含量較高。研究區(qū)域土壤全氮變異系數均大于30%，屬強變異，說明土壤全氮含量空間分布差異較大，主要是由于植被類型和種植密度不同造成的。

表3 靖邊縣北部風沙區(qū)各鎮(zhèn)土壤全氮含量描述性統(tǒng)計

5個鎮(zhèn)土壤全氮最大值范圍為0.280～0.781g·kg-1，均值范圍為0.113～0.431g·kg-1，中位數范圍為0.085～0.342g·kg-1，參照全國第二次土壤養(yǎng)分普查分級等級標準，該區(qū)域土壤全氮含量最大值處于4級缺乏等級，平均含量水平處于6級極缺乏等級，說明低效林地土壤極度貧瘠。主要是因為該區(qū)域的土壤質地為砂土和砂壤土，漏水漏肥；此外，該區(qū)域惡劣的氣候條件，干旱少雨，也是造成土壤全氮含量缺乏的重要原因。

2.3 土壤全氮含量垂直分布

由圖2可知，靖邊縣北部風沙區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)5個鎮(zhèn)以及風沙區(qū)土壤全氮含量在0～20cm和20～40cm無顯著性差異(p<0.05)。一般來說，土壤全氮含量隨著土壤深度的增加逐漸減少，本研究土壤全氮隨著土壤深度的增加變化不大，且在表層0～20cm與20～40cm無顯著性差異，這與弓文艷等[13]和李龍等[14]的研究也不相同。主要原因：研究區(qū)域為風沙區(qū)，部分地區(qū)在表層被深厚的黃沙覆蓋，以至于表層0～20cm沙含量較多，養(yǎng)分儲蓄量較少；因為在采集土樣時，在每個區(qū)域采集的植被類型較多且分散，深根系和淺根系植被同時存在，也導致了表層0～20cm和20～40cm土層土壤全氮的差異。

圖2 靖邊縣各鎮(zhèn)不同深度土壤全氮含量分布

3 結論

靖邊縣北部風沙區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)和整個風沙區(qū)土壤全氮含量在0～20cm土層的平均值分別為0.259g·kg-1、0.224g·kg-1、0.242g·kg-1、0.248g·kg-1、0.431g·kg-1和0.275g·kg-1，東坑鎮(zhèn)土壤全氮含量較高于其他鎮(zhèn)。在20～40cm土層，土壤全氮的平均值分別為0.239g·kg-1、0.285g·kg-1、0.113g·kg-1、0.262g·kg-1、0.349g·kg-1和0.241g·kg-1，黃蒿界鎮(zhèn)土壤全氮含量較其他鎮(zhèn)略低，東坑鎮(zhèn)含量較高。參照全國第二次土壤養(yǎng)分普查分級等級標準，該區(qū)域土壤全氮平均含量水平處于6級極缺乏等級，低效林地土壤極度貧瘠。

研究區(qū)土壤全氮含量隨土壤深度的增加變化不大，且在0～20cm和20～40cm土層無顯著性差異。

本文對靖邊縣北部風沙區(qū)低效林地土壤氮素養(yǎng)分的研究，對該區(qū)域土地綜合整治具有重要的現實指導意義，可為該區(qū)域低效林地的整治提供理論依據——根據地力水平宜耕則耕，宜林則林，宜草則草。

本文在分析土壤全氮含量時是以鎮(zhèn)為單位，忽略了對植被類型的細化，進一步的研究可從風沙區(qū)植被類型入手。