黃土丘陵區(qū)退耕地土壤可溶性氮組分季節(jié)變化與水熱關(guān)系

趙路紅,李昌珍,康 迪,任成杰,韓新輝,佟小剛,馮永忠,*

1 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,楊凌 712100 2 陜西省循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心,楊凌 712100 3 西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院,楊凌 712100 4 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,楊凌 712100

黃土丘陵地區(qū)的植被恢復(fù)能有效防治土壤侵蝕,改善生態(tài)環(huán)境。植被恢復(fù)影響了土壤內(nèi)部及植物群落之間養(yǎng)分元素流動(dòng)狀況,引起植被恢復(fù)類型間土壤氮組分分布的差異。土壤中氮素總量及各組分氮與植物生長(zhǎng)有著密切的關(guān)系[1],其中土壤可溶性氮組分對(duì)土壤氮素的礦化、固持、淋洗和植物吸收等過(guò)程均有著不同程度的影響[2],并且其自身的高流動(dòng)性關(guān)系到土壤深層氮素的固存以及養(yǎng)分流失,甚至影響著整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力與可持續(xù)性[3- 4]。目前,我國(guó)學(xué)者在退耕還林對(duì)土壤氮素的影響方面做了大量的研究,安韶山等人[5]認(rèn)為植被恢復(fù)顯著提高了土壤全氮含量和速效氮,且與恢復(fù)年限、植物群落組成相關(guān)[6],植被恢復(fù)類型能顯著影響土壤各形態(tài)氮素的含量及所占比例[1],另外,部分學(xué)者還發(fā)現(xiàn)人工林植被恢復(fù)能提高土壤微生物氮含量[7],且不同恢復(fù)模式的影響也存在差異[8- 9]。以往研究多數(shù)集中在全氮、硝態(tài)氮和微生物氮上,并且大部分在對(duì)比不同植被或林地間的差異,然而有學(xué)者認(rèn)為季節(jié)間無(wú)機(jī)氮的差異遠(yuǎn)大于植被類型間的差異[10- 11],銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等可溶性氮組分?jǐn)?shù)量雖少,但卻是森林土壤生態(tài)系統(tǒng)中最易耗竭和限制植物生長(zhǎng)的氮素形態(tài)[12],受外界環(huán)境的影響變化大,不同形態(tài)間轉(zhuǎn)化關(guān)系復(fù)雜,動(dòng)態(tài)變化和林木生長(zhǎng)關(guān)系密切。為此本研究選擇黃土丘陵地區(qū)三種典型的植被恢復(fù)樣地,同時(shí)以鄰近坡耕地為對(duì)照,研究不同退耕地可溶性氮組分的季節(jié)變化,同時(shí)結(jié)合土壤水熱變化,探究可溶性氮組分動(dòng)態(tài)與水熱的關(guān)系,對(duì)于揭示植被恢復(fù)在協(xié)調(diào)土壤氮素供應(yīng)方面的作用和探究森林土壤氮循環(huán)機(jī)制,指導(dǎo)植被恢復(fù)措施的實(shí)施具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省國(guó)家退耕還林示范縣安塞縣境內(nèi)(108°5′44″—109°26′18″E,36°30′45″—37°19′31″N),屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候,年平均氣溫8.8℃,年平均降水量505.3 mm,干燥度1.48,年日照時(shí)數(shù)2395.6 h,無(wú)霜期158 d,年總輻射量552.6 kJ/cm2。地貌類型屬典型黃土丘陵溝壑區(qū),海拔1010—1400 m。土壤以黃土母質(zhì)發(fā)育的黃綿土為主,約占總面積的95%。植被類型屬于暖溫帶落葉闊葉林向干旱草原過(guò)渡的森林草原帶,是我國(guó)西北典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。該地區(qū)實(shí)施退耕還林工程以來(lái),種植有不同的喬木林、灌木林、喬木混交林、喬灌混交林及以蘋果為主的經(jīng)濟(jì)林,經(jīng)過(guò)多年人工植被恢復(fù)建設(shè)和水土保持綜合治理等措施,起到了顯著的生態(tài)恢復(fù)的效應(yīng)。

1.2 樣地選取與采樣

于研究區(qū)選擇土壤與成土母質(zhì)類型相同,退耕年限為15 a且均為坡耕地退耕而來(lái)(種植作物以蕎麥、小麥、大豆等陜北黃土高原地區(qū)常見(jiàn)的糧食作物為主)的刺槐(Robiniapseudoacacia；RP)、檸條(Caraganakorshinskii；CK)、荒草地(Abandoned farmland；AF),同時(shí)選擇鄰近坡耕地(Slop farmland；SF)作為對(duì)照(表1)。分別于2014年4月份、6月份、8月份和10月份進(jìn)行采樣。采樣時(shí)選擇海拔、坡度、坡向和坡位均相近的樣地,且各樣地間直線距離均未超過(guò)2 km,每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)采樣區(qū),按照“S”型選取12個(gè)采樣點(diǎn),用土鉆(內(nèi)徑4.5 cm,高度10 cm)取0—10,10—20,20—30 cm共3個(gè)層次的土樣,同層土各采樣點(diǎn)土樣充分混合后作為該土層待測(cè)土樣。仔細(xì)除去土樣其中植物殘?bào)w,置于布袋迅速帶回實(shí)驗(yàn)室待用。同時(shí),每個(gè)樣地挖3個(gè)剖面,每個(gè)剖面每個(gè)土層用環(huán)刀(100 cm3)取一次土樣測(cè)定各土層容重,用于氮組分密度計(jì)算。所采土樣一部分自然風(fēng)干用于pH、有機(jī)質(zhì)、全氮等理化性質(zhì)的測(cè)定,一部分置于-20℃冷凍保存用于土壤可溶性氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的測(cè)定。另外,在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置12個(gè)1 m×1 m的小樣方,用于收集各樣方內(nèi)地表凋落物,同時(shí)在12小樣方附近用地溫計(jì)測(cè)量0—30 cm不同土層的溫度。

土壤含水量均是在晴天采集土樣,采用烘干稱重法測(cè)定；pH用無(wú)CO2水浸提后(水土1∶1)pH計(jì)法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)、凋落物全碳采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤和凋落物全氮采用凱氏定氮法測(cè)定；可溶性全氮用K2SO4浸提,凱氏定氮儀測(cè)定；硝態(tài)氮、銨態(tài)氮用KCl浸提,流動(dòng)分析儀測(cè)定；可溶性有機(jī)氮為可溶性全氮與無(wú)機(jī)氮的差值。

表1 樣地基本特征

RP：刺槐Robiniapseudoacacia；CK：檸條Caraganakorshinskii；AF：荒草地abandoned farmland；SF：耕地slope farmland(SF);硬質(zhì)早熟禾Poasphondylodes；白羊草Bothriochloaischaemum；狗尾草Setariaviridis；鐵桿蒿Artemisiasacrorum；香青蘭Dracocephalummoldavica；蛇葡萄Ampelopsissinica；蕎麥Fagopyrumesculentum；數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示

1.3 數(shù)據(jù)分析

土壤可溶性氮組分密度是指單位面積一定厚度的土層中可溶性氮組分的質(zhì)量,可以指示土壤氮的儲(chǔ)量。對(duì)不同土層土壤氮組分密度以公式(1)計(jì)算：

Si=Ci×ρi×Di×100

(1)

式中,Si為第i層土壤可溶性氮組分密度(g/m2)；Ci、ρi、Di分別為第i層土中對(duì)應(yīng)可溶性氮組分氮含量(mg/kg)、土壤容重(g/cm3)、土層厚度(cm)。0—30 cm土層可溶性氮組分密度則為各層土壤氮組分密度之和。

數(shù)據(jù)處理采用Origin 7.5和SPSS 17.0軟件,不同植被恢復(fù)樣地及土層中可溶性有機(jī)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量和密度采用One-way ANOVA進(jìn)行方差分析,差異顯著(P<0.05)采用Duncan法進(jìn)行檢驗(yàn)。可溶性氮組分與土壤水熱的關(guān)系采用Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤可溶性氮組分動(dòng)態(tài)變化

2.1.1 土壤礦質(zhì)氮

整個(gè)采樣期間(4—10月份),0—30 cm土壤礦質(zhì)氮主要以硝態(tài)氮的形式存在,其中0—10 cm,土壤硝態(tài)氮平均密度介于0.17 g/m2—1.53 g/m2之間,最小值出現(xiàn)在10月份,在4月份出現(xiàn)最大值；10—20 cm土壤硝態(tài)氮密度最小值為0.13 g/m2,出現(xiàn)在10月份,而最大值為1.60 g/m2,出現(xiàn)在4月份；20—30 cm土壤硝態(tài)氮與10—20 cm規(guī)律類似,最小值也出現(xiàn)在10月份(0.13 g/m2),最大值出現(xiàn)在4月份為1.71 g/m2。相比而言,0—30 cm銨態(tài)氮隨時(shí)間變化幅度較小(圖1),并且不同土層間銨態(tài)氮變化不顯著(圖1),0—10 cm銨態(tài)氮變化幅度為0.17 —0.58 g/m2,其最小值出現(xiàn)在10月份,最大值在4月份；10—20 cm土壤銨態(tài)氮最小值出現(xiàn)在10月份為0.19 g/m2,而8月份則達(dá)到最大值0.48 g/m2；20—30 cm銨態(tài)氮最小值出現(xiàn)在10月份為0.20 g/m2,最大值出現(xiàn)在4月份為0.74 g/m2。

由圖1可知,整個(gè)采樣期間,各樣地0—10 cm土壤硝態(tài)氮差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為刺槐>檸條>荒草>耕地,相比耕地,刺槐、檸條和荒草地分別為耕地的2.69—4.70倍、1.62—5.50倍和1.21—1.83倍；10—20 cm土壤硝態(tài)氮以刺槐地密度最大,為耕地的1.76—5.17倍,其次為檸條地,相比0—10 cm變化幅度有所減少,為耕地的2.08—3.72倍,荒草更少為耕地的1.03—1.72倍；各樣地20—30 cm土壤硝態(tài)氮與10—20 cm相似,整體表現(xiàn)為刺槐最大,為耕地的1.60—4.36倍,其次是檸條為耕地的1.27—1.64倍。然而,在整個(gè)采樣期間,各樣地間0—30 cm土層銨態(tài)氮變化幅度較小。

圖1 土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化Fig.1 Dynamic change of nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in soil

2.1.2 土壤可溶性有機(jī)氮

如圖2所示,整個(gè)采樣期間(4—10月份),土壤可溶性有機(jī)氮變化顯著(P<0.05)。0—10 cm土壤可溶性有機(jī)氮整體變化幅度為0.49—2.78 g/m2,其中最小值出現(xiàn)在4月份,最大值出現(xiàn)在10月份；10—20 cm可溶性有機(jī)氮最小值也出現(xiàn)在4月份為0.29 g/m2,最大值同樣出現(xiàn)在10月份為2.88 g/m2；而20—30 cm土壤可溶性有機(jī)氮整體變化幅度為0.35—2.92 g/m2,4月份和8月份分別達(dá)到最小值和最大值。另外,不同植被恢復(fù)類型間0—30 cm土壤可溶性有機(jī)氮差異顯著(P<0.05),相比耕地,刺槐、檸條和荒草整體分別提升64.2%,30.9%和23.1%。

圖2 土壤可溶性有機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)變化Fig.2 Dynamic change of soluble organic nitrogen in soil

2.2 土壤可溶性全氮?jiǎng)討B(tài)變化

圖3 土壤可溶性全氮?jiǎng)討B(tài)變化Fig.3 Dynamic change of soil soluble total nitrogen in soil 不同的大寫字母表示同一土層不同樣地在P<0.05水平差異顯著；不同小寫字母表示同一樣地不同采樣時(shí)間在P<0.05水平差異顯著；誤差線均為樣本的標(biāo)準(zhǔn)誤

由圖3可知,整個(gè)采樣期間,0—30 cm土層土壤可溶性全氮季節(jié)變化顯著,且各樣地間差異顯著(P<0.05),整體變化幅度為1.25—3.52 g/m2。刺槐林可溶性全氮密度最大值出現(xiàn)在4月份,為3.52 g/m2,隨季節(jié)變化趨勢(shì)為先降低(4—6月份)后升高(6—8月份),再降低(8—10月份),6月份達(dá)到最小值2.65 g/m2。檸條林地土壤可溶性全氮密度在4月份至10月份逐漸增大,整體變化為2.36—3.28 g/m2。荒草地與耕地土壤可溶性全氮密度變化趨勢(shì)一致,整體表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì),最小值出現(xiàn)在4月份分別為2.09 g/m2和1.25 g/m2,最大值出現(xiàn)在6—8月份分別為3.15 g/m2和3.04 g/m2。另外,4月份和10月份各植被恢復(fù)類型整體表現(xiàn)為刺槐、檸條林和荒草地土壤可溶性全氮密度高于耕地,而6月份相反,荒草、耕地顯著高于刺槐、檸條林。8月份各植被恢復(fù)類型間無(wú)顯著差異,但均顯著高于耕地。刺槐、檸條和荒草地在整個(gè)采樣期間,植被恢復(fù)地可溶性全氮含量相比耕地分別提升32.6%,21.9%和12.9%。

2.3 可溶性氮組分所占比例

圖4顯示,0—30 cm土壤可溶性氮組分以可溶性有機(jī)氮為主,占31.0%—85.3%,其次是硝態(tài)氮占5.1%—52.1%；銨態(tài)氮所占比例最少,為6.4%—21.4%。整個(gè)采樣期間,土壤可溶性有機(jī)氮從4月份(31.0%—40.9%)至10月份(63.1%—84.4%)逐漸上升；硝態(tài)氮所占比例的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)與可溶性有機(jī)氮相反,從4月份(43.7%—52.1%)至10月份(7.9%—26.3%)逐漸降低；而銨態(tài)氮同樣以4月份(13.8%—21.4%)所占比例最高,但動(dòng)態(tài)變化幅度小。此外,整個(gè)采樣期間各樣地0—30 cm土壤硝態(tài)氮所占比例整體表現(xiàn)為刺槐和檸條略高于荒草和耕地,可溶性有機(jī)氮與硝態(tài)氮趨勢(shì)相反。

圖4 土壤各可溶性氮組分所占百分比Fig.4 Dynamic change of the ratio of soil soluble nitrogen to total soluble nitrogen in soil

2.4 土壤可溶性氮組分與水熱關(guān)系

由圖可知,整個(gè)采樣期間,各樣地(除刺槐)0—30 cm硝態(tài)氮整體表現(xiàn)為4月份含量最高,至10月份逐漸降低,刺槐林表現(xiàn)在4—6月份硝態(tài)氮呈顯著降低趨勢(shì),6—10月份土壤硝態(tài)氮呈顯著升高趨勢(shì),各樣地間硝態(tài)氮總體表現(xiàn)為刺槐>檸條>荒草>耕地(圖5)；各樣地0—30 cm可溶性有機(jī)氮整體表現(xiàn)為4—8月份呈顯著升高趨勢(shì),8—10月份(除檸條)均呈顯著降低趨勢(shì),而檸條林8—10月份呈顯著升高趨勢(shì)(圖5)。4—6月份各樣地(除刺槐)土壤可溶性全氮呈顯著升高趨勢(shì),6—8月份刺槐和檸條林地土壤可溶性全氮呈顯著升高趨勢(shì),而荒草和耕地?zé)o顯著變化,8—10月份,刺槐和檸條林地可溶性全氮無(wú)顯著變化,荒草和耕地可溶性全氮呈顯著降低趨勢(shì)(圖5)。

圖5 土壤硝態(tài)氮、可溶性有機(jī)氮、可溶性全氮和土壤水熱的季度變化(0—30 cm)Fig.5 Dynamic change of soil nitrate nitrogen, organic nitrogen, soluble total nitrogen, moisture and temperature in 0—30 cm soil depth

并且,各樣地土壤含水量也呈顯著季節(jié)性變化,整體變化分為兩個(gè)部分,變化幅度在3.8%—25.1%。4—6月份,土壤含水量呈不斷降低趨勢(shì),平均含水量從13.4%降低至4.7%；6—10月份土壤含水量呈不斷升高趨勢(shì),平均含水量從4.7%逐漸提高至10.5%(圖5)。整個(gè)采樣期間,各退耕地土壤含水量均顯著高于耕地。各樣地土壤溫度隨季節(jié)變化趨勢(shì)與含水量不同,整體變化幅度在9.2℃—22.8℃。其中4—8月份,荒草和耕地土壤溫度呈不斷升高趨勢(shì),平均溫度從12.26升高至22.6℃,而刺槐和檸條林地土壤溫度從4月份(12.3℃)至6月份(17.6℃)不斷升高,6—8月份林地土壤溫度變化不顯著；隨后8—10月份,四種樣地土壤溫度呈顯著降低趨勢(shì),平均溫度從20.2℃降低至10.5℃(圖5)。

土壤水分、溫度與土壤可溶性氮組分相關(guān)性分析如表2所示,硝態(tài)氮與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),可溶性有機(jī)氮、可溶性全氮與土壤水分呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；土壤溫度與水分相反,硝態(tài)氮與土壤溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),可溶性有機(jī)氮、可溶性全氮與土壤溫度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

表2土壤可溶性氮組分與土壤含水量、溫度之間的相關(guān)性分析

Table2Correlationcoefficientsofsoilmoisture,soiltemperatureandsoilsolublenitrogeninforestlandswithdifferentvegetationrestorations

相關(guān)系數(shù)Correlationcoefficients硝態(tài)氮Nitratenitrogen可溶性有機(jī)氮Soilorganicnitrogen可溶性全氮Soilsolubletotalnitrogen土壤含水量Soilmoisture0．925??-0．902??-0．654??土壤溫度Soiltemperature-0．312?0．480??0．623??

n=48；*表示在0.05水平顯著相關(guān),**表示在0.01水平極顯著相關(guān)

3 討論

3.1 植被恢復(fù)對(duì)土壤可溶性氮組分的影響

在整個(gè)采樣期間,不同樣地土壤可溶性氮組分的差異顯著。其中刺槐、檸條林和荒草0—30 cm土壤硝態(tài)氮平均為耕地的3.42倍、2.54倍和1.26倍,銨態(tài)氮平均為耕地的1.71倍、1.37倍和1.30倍,可溶性有機(jī)氮約為1.64倍、1.31倍和1.23倍。這是因?yàn)橹脖坏母采w,改善了土壤微環(huán)境[13- 14],凋落物在樣地上積累和分解,增加了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮(表1),增加了土壤可溶性氮的來(lái)源。同時(shí),植物根系分泌物中的有機(jī)酸類物質(zhì)又能加速土壤難溶性物質(zhì)向可利用性(可溶性)轉(zhuǎn)化,提高土壤氮轉(zhuǎn)化能力[15]。刺槐、檸條林均屬于固氮樹(shù)種,土壤氮礦化作用優(yōu)于荒草地,土壤礦質(zhì)氮含量高,而荒草地土壤粘粒含量低(表1),粘粒結(jié)合的有機(jī)質(zhì)含量低,不利于土壤氮的轉(zhuǎn)化[16]。雖然檸條地土壤全氮含量最高,但土壤C/N卻與其他幾個(gè)樣地?zé)o顯著差異,土壤中氮大部分以難溶的有機(jī)態(tài)形式存在,并且活性氮組分大部分被微生物所固定利用,因此造成不同樣地間可溶性氮組分的差異,主要由林地凋落物質(zhì)量與土壤水熱條件引起[17]。另外,王春陽(yáng)等[18]早有研究表明凋落物添加能增加土壤礦質(zhì)氮含量,且凋落物C/N越低礦質(zhì)氮提升效果越好,此次研究凋落物C/N(表1)整體表現(xiàn)為荒草(54.83)>檸條(20.64)>刺槐(15.02),這與不同樣地間礦質(zhì)氮差異的趨勢(shì)一致,進(jìn)一步證明了植被恢復(fù)能有效地增加土壤氮的可利用性,且人工林優(yōu)于荒草地。

另外,本研究中礦質(zhì)氮以硝態(tài)氮為主,其最大值出現(xiàn)在4月份,主要是由于上一年冬季溫度較低造成間接性凍融對(duì)該地區(qū)的土壤氮礦化產(chǎn)生影響[19],并且這段時(shí)間內(nèi),植物處于休眠期,對(duì)土壤硝態(tài)氮的攝取量較少,增加了土壤硝態(tài)氮的積累。而植物的生長(zhǎng)主要集中在6—8月份,這期間植物對(duì)礦質(zhì)氮的吸收利用,致使土壤中的硝態(tài)氮大量減少。生態(tài)系統(tǒng)越活躍、植物體生物量越大,生長(zhǎng)期間對(duì)土壤可利用氮庫(kù)需求也就越多[20]。Wei等[21]研究表明非生長(zhǎng)季土壤硝態(tài)氮和礦質(zhì)氮最高值均出現(xiàn)在春季,生長(zhǎng)季(6—8月份)則因?yàn)橹参镂斩罅繙p少,Uri等[22]研究退耕的樺木林地和草地也得出同樣的趨勢(shì)。盡管此次研究地6—8月份大氣溫度最高(圖1),有利于土壤氮礦化作用,但植物生長(zhǎng)對(duì)土壤活性氮的需求同樣也增大[23]。因此,造成土壤可溶性氮組分時(shí)空差異的原因,不是土壤氮素供應(yīng)的減少,而在于植被對(duì)可溶性氮組分吸收存在季節(jié)性差異。

土壤可溶性有機(jī)氮是土壤活性氮庫(kù)的主要成分,4月份土壤含水量較高,易被微生物礦化[2],不利于可溶性有機(jī)氮的積累,在可溶性氮組分中所占的比例相應(yīng)減少。6—8月份溫度高(圖1),土壤微生物活動(dòng)增強(qiáng),促速土壤動(dòng)植物殘?bào)w分解[24],增加土壤氮的可溶性[25],同時(shí)由于植物對(duì)可溶性有機(jī)氮的利用遠(yuǎn)低于礦質(zhì)氮,故至10月份土壤可溶性有機(jī)氮積累量較高,并且在可溶性氮組分中所占的比例也相應(yīng)增加。另外,土壤可溶性有機(jī)氮與硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化趨勢(shì)相反,此消彼長(zhǎng),豐富了土壤活性氮庫(kù),是對(duì)外界環(huán)境變化的一種響應(yīng)。殷睿等[2]和Gelfand等[26]認(rèn)為土壤可溶性氮組分與森林生態(tài)系統(tǒng)活動(dòng)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,這也在本研究中得以體現(xiàn)。

3.2 可溶性氮組分與水熱條件的關(guān)系

一般來(lái)說(shuō),土壤水分是土壤微生物過(guò)程和植物生長(zhǎng)的重要限制因子[27],土壤含水量提高,土壤微生物活動(dòng)加劇,促進(jìn)氮礦化作用[28],有利于硝態(tài)氮的增加,因此硝態(tài)氮與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。另外,本研究4月份和10月份土壤含水量高,6—8月份土壤含水量低,硝態(tài)氮下降程度最大的時(shí)間段處于4—6月份,這可能是因?yàn)樗趾拷档?使有機(jī)氮礦化產(chǎn)生的硝態(tài)氮減少,加上植物生長(zhǎng)的吸收利用。而6—10月份水分含量雖然有所提高,但植物吸收利用硝態(tài)氮也有所增加,因此硝態(tài)氮在6—10月份變化不顯著,甚至出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。另外,可溶性有機(jī)氮與可溶性全氮對(duì)水分變化的敏感程度相似,總體表現(xiàn)為隨水分增加而減少,這是因?yàn)橥寥浪譁p少,不利于土壤可溶性有機(jī)氮向無(wú)機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)變,有利于可溶性有機(jī)氮的積累[29]。

在本研究中,溫度與硝態(tài)氮呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系,主要是因?yàn)闇囟壬叽龠M(jìn)氮礦化,有利于硝態(tài)氮生成[20],但是4—6月份植物處于生長(zhǎng)季,溫度升高也會(huì)促進(jìn)植物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收,有學(xué)者研究認(rèn)為植物養(yǎng)分吸收對(duì)溫度變化比微生物過(guò)程更為敏感[26]。而溫度對(duì)土壤可溶性有機(jī)氮和可溶性全氮的影響相似,總體表現(xiàn)為溫度增加,有利于可溶性有機(jī)氮的積累,這是由于溫度增加,提高了土壤有機(jī)氮的溶解度,并且溫度升高,微生物活性增加,加速凋落物分解[31- 32]。

4 結(jié)論

整個(gè)采樣期間,黃土丘陵區(qū)退耕地0—30 cm土壤硝態(tài)氮、可溶性有機(jī)氮及可溶性全氮密度相比耕地均有顯著提升,并且存在顯著的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化,除硝態(tài)氮外,各氮組分隨土層變化不顯著。其中可溶性有機(jī)氮,從4月份到10月份表現(xiàn)出遞增的趨勢(shì),硝態(tài)氮?jiǎng)t表現(xiàn)出先降低而后略微升高的趨勢(shì),可溶性全氮整體表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì),銨態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化不顯著。土壤水熱狀況與土壤可溶性氮組分顯著相關(guān),其中土壤可溶性氮組分受土壤含水量變化的影響最大,硝態(tài)氮對(duì)土壤含水量變化最為敏感,可溶性全氮對(duì)土壤溫度變化最為敏感。季節(jié)動(dòng)態(tài)變化引起的水熱變化,是影響林地土壤可溶性氮組分產(chǎn)生季節(jié)變化的重要因素。

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