模拟水淹-干旱胁迫对水杉幼树实生土壤营养元素含量的影响

马 朋, 李昌晓, 任庆水, 杨予静, 马 骏

西南大学生命科学学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715

模拟水淹-干旱胁迫对水杉幼树实生土壤营养元素含量的影响

马 朋, 李昌晓*, 任庆水, 杨予静, 马 骏

西南大学生命科学学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715

模拟三峡库区消落带水位变化情况，对2年生水杉幼树实生土壤pH值和主要营养元素含量进行研究。试验共设置3个处理阶段，阶段1为淹水处理阶段，包括常规供水组(C)，半淹组(H)和全淹组(F)；阶段2为干旱处理阶段，包括常规供水(C)，半淹(H)，全淹(F)，常规供水-轻度干旱(CD)，半淹-轻度干旱(HD)和全淹-轻度干旱(FD)6种不同水分处理组；阶段3时将所有处理组恢复到正常供水处理，每种水分处理均设置水杉幼树实生土壤与无植物空白对照土壤。测试的指标包括pH值，有机质(OM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量。研究结果表明，阶段1结束时，C组和H组水杉幼树盆栽土壤的氮素及TP含量较无植物组显著下降，H组的AP含量及F组的氮素和TP含量显著升高；与正常供水组(C组)相比，淹水处理增高了水杉幼树盆栽土壤的pH值和OM含量，降低了其AP含量，而F组水杉土壤的TN、TP和AN含量分别较C组显著升高17.1%，16.9%和34.2%。阶段2结束时，前期水淹增加了水杉幼树实生土壤pH值、OM、AN和AP含量后期对干旱的敏感性；与无植物组相比，水杉幼树的栽植增加了除C组外的其他水分处理组土壤的OM含量；在水杉盆栽土壤中，与C组相比，H和F组的pH值分别升高2.6%和3.8%，OM含量却未出现显著差异。经过21 d的正常供水处理，H、HD组水杉土壤的pH值较无植物组土壤显著下降，所有水淹组土壤的OM含量则显著升高，与此同时，C组、CD组的TN和CD组的TP含量显著升高；各淹水处理组的水杉土壤在恢复生长后，其pH值及多项营养元素含量均已恢复至C组水平，HD和FD组水杉土壤的所有化学性质亦恢复至CD组水平。在对水杉幼树盆栽土壤化学性质的相关分析中发现，OM、TN、TP和AN含量两两之间存在极显著的正相关，pH值与OM、TN、TP、TN含量呈极显著负相关关系。研究证实，在三峡库区消落带适度营造水杉对于恢复库区植被、改良土壤肥力状况具有积极作用，但是在水库退水期时应及时浇水灌溉，避免将其置于干旱环境当中。

消落带；土壤营养；水杉幼树；三峡库区；恢复生长

消落带是指水体水位因季节性涨落而形成的周期性水淹-干旱交替的水陆衔接地带[1-2]。三峡工程自竣工以来，在库区形成了一个垂直落差达30m的消落带区域[3-4]，该消落带的反季节调度方式使其冬季因蓄水将面临长时间、大深度的水淹，夏季由于排水以及高温则出现一定程度的干旱[5-6]，长期作用势必导致原有消落带土壤的理化和生物性质发生改变[7]。研究表明，消落带植被体系重建可以有效防治水土流失[8]、提高土壤肥力[9]、增强岸坡的稳定性[10]，目前，许多学者针对三峡库区消落带湿地植被的恢复与重建做了大量的研究，并取得显著成果[11-13]，其中，水杉(Metasequoiaglyptostroboides)被认为是良好的库岸带造林树种之一[14]。

水杉不仅适应性强，而且生长速度快，轻度耐盐碱、耐水淹，在我国丹江口水库消落区大量存活[15]。三峡水库消落带土壤与水体联系紧密，若将水杉栽植于三峡库区消落带，前期水淹-后期干旱以及恢复生长处理对其生长土壤的pH值和营养元素含量的影响还无从知晓，因此，开展不同水分条件对水杉幼树实生土壤化学性质影响的研究十分必要。本研究模拟三峡库区消落带水文变化情况，设计前期水淹—后期干旱胁迫的盆栽试验，对2年生水杉实生幼树土壤的主要营养元素含量变化进行研究，旨在从土壤微生态的角度认识消落带植被重建后其土壤主要营养元素含量的变化机制，为当地植被恢复建设提供技术和理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究树种和地点

本试验选择2年生水杉幼树(取自四川邻水县苗圃)作为研究对象，2012年11月下旬将生长基本一致的45株幼苗带土盆栽(土壤为取自三峡库区忠县汝溪河流域消落带的混匀紫色土，每盆装约5 kg，盆中央内径18 cm，盆高20cm)，与此同时，取装有相同土壤且大小一致的45盆不栽植苗木的盆钵作为空白对照，将所有盆钵放置于三峡库区生态环境教育部重点实验室基地大棚下(海拔高度249 m，透明顶棚，四周开敞)进行相同土壤基质、光照和水分驯化适应。试验于2013年1月正式开展，此时苗木的高度为(97.05±1.53)cm，基茎为(0.85±0.11)mm。供试土壤的基本特征见表1。

表1 供试土壤营养元素含量初始值(平均值±标准误)Table 1 Baseline data of nutrient contents in soil provided for experimental use (mean±SE)

1.2 试验设计

图1 干旱阶段水杉幼树清晨叶水势(阶段2)(平均值±标准误)Fig.1 Predawn leaf water potential of Metasequoia glyptostroboides saplings under light drought stress in Phase 2 (mean±SE)

本试验根据三峡库区消落带水文变化情况，共设置3个不同水分处理阶段。阶段1为淹水处理期，共3个处理组，包括常规供水组(C)，即控制土壤含水量为田间持水量的60%—63%(采用称重法确定)；半淹组(H)，即将苗盆放入水池中，向池内注入水并保持淹至植物中部；全淹组(F)，即将苗盆放入水池中，向池内注入水并保持淹没植物顶端20cm。75 d后，每组随机选择6盆土壤(含3盆无植物对照组土壤)进行破坏性取样。阶段2为干旱处理期，将阶段1剩余的样本再随机平分为两个处理组，一组继续保持阶段1的水分处理，另一组进行轻度干旱胁迫处理(即保证植株叶片的清晨叶水势小于-0.5 MP，6:00—7:00时，采用美国Wescor公司生产的Psypro露点水势仪对水杉幼苗上部充分发育成熟的叶片进行水势测定，具体监测结果图1)。

此时，除了C、H和F3个处理组外，还增加了CD组(常规供水-轻度干旱处理)、HD组(半淹-轻度干旱处理)、和FD组(全淹-轻度干旱处理)3个处理组，试验处理期为60d(由于达到半干旱状态需10d，故阶段2处理时间共70d)。阶段3为恢复处理阶段，此时将所有的处理组均恢复到正常田间水分管理，21 d后取样测试。整个处理阶段持续166 d，处理结束时共取90个土壤样品。具体的试验设计方案见表2。

1.3 土壤样品采集与土壤性质测定

对试验土壤进行取样时，先把植株的地上部分刈割下来(整个处理阶段所有植株的存活率为100%，对植物指标的测定结果将另作报道)，将苗盆中的土壤倒出，去除其中的根系与杂物，然后将每盆土壤充分混匀，在室内风干后研磨，过筛。过筛后的土壤用于土壤pH值、有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AP)含量的测定。无植物组做相同处理。土壤pH值测定采用电位计法(土∶水 = 1∶2.5)；土壤有机质含量测定采用重铬酸钾外加热法；土壤全N含量测定采用全自动凯氏定氮仪(瑞士Büchi公司生产的Distillation Unit B-324)；用碱解-扩散法测定土壤碱解氮含量；土壤全P、速效P含量利用钼锑抗比色法；全K、速效K含量采用原子吸收光谱仪(美国PE公司生产的AA800)。

1.4 统计分析

根据测定土壤指标，采用独立样本T检验(Independent-samplesTtest)分析水杉幼树盆栽土壤与无植物组土壤化学性质之间的差异显著性。用单因素方差分析(One-way ANOVA)揭示同一取样时间下不同水分处理组的土壤化学性质，若检验结果表明分析因素对土壤化学性质具有显著影响，则采用Tukey检验法进行多重比较。采用Pearson相关系数评价水杉幼树土壤各指标间的相关关系。本研究采用SPSS 20.0(SPSS Inc., USA)软件和Microsoft Excel 2003软件进行数据分析，用Origin 8.5(Origin lab Corporation)制图。

表2 试验设计Table 2 Experiment design

2 结果与分析

2.1 水杉幼树实生土壤化学性质对水淹的响应(阶段1)

对阶段1不同水分处理下的土壤pH值和营养元素含量进行比较发现，与无植物组相比，不同水分处理组的水杉幼树盆栽土壤pH值和OM含量并未出现显著性差异。以水分处理为因子，对水杉幼树实生土壤性质进行单因素方差分析，结果表明，经过75 d的水淹处理后，与C组相比，H和F组土壤的pH值和OM含量均显著提高(P< 0.05)(图2)。

图2 阶段1不同水分处理下盆栽土壤pH值、有机质含量(平均值±标准误)Fig.2 The change of pH value and organic matter content in soils under different water treatments in phase 1 (mean±SE) C:正常供水Conventional Water Supply, H:半淹Half Flooding, F:全淹Full Flooding

不同水分处理下土壤的氮、磷和钾含量则呈现出不同的变化规律(图3)：与无植物对照组土壤相比，水杉幼树土壤TN、TP和AN含量的变化趋势一致，即C、H组显著降低，F组极显著上升；这与K含量在有无植物土壤中均无显著性差异形成对比；H组水杉幼树土壤AP含量显著低于无植物组，C和F组则与其未出现显著性差异(图3)。

对于水杉幼树实生土壤(图3)，与C组相比，全淹组(F)的TN、TP和AN含量分别显著升高了17.1%，16.9%和34.2%；而半淹组(H)的三个指标较C组并未出现显著差异(P> 0.05)；经过阶段1的淹水处理，H、F组的AP含量较C组分别显著下降了48.3%和57.6%；而K含量在3个水分处理组之间未出现显著性差异(图3)。

图3 阶段1不同水分处理下盆栽土壤N、P、K含量(平均值±标准误)Fig.3 The change of N, P and K content in soils under different water treatments in phase 1 (mean±SE)

2.2 水杉幼树实生土壤化学性质对干旱的响应(阶段2)

在阶段2处理结束后，与无植物组土壤相比，不同水分处理组的水杉幼树实生土壤化学性质呈现不同的变化规律(图4)，其中，栽植水杉幼树的所有水分处理组土壤的pH值较无植物组土壤无显著性变化；而除C组外，水杉幼树盆栽土壤OM含量均显著或极显著高于无植物组；就土壤壤全量营养元素含量而言，除F组的TN含量和C组的TP含量显著升高、CD组的TP含量显著下降外，水杉栽植并未显著影响其土壤的全量养分含量(表3)；而就速效养分而言，C组水杉幼树盆栽土壤的AN和AK含量、HD组的AN含量、F组和CD组的AP含量均较无植物组显著极显著下降，H组和CD组AN含量和FD组的AP含量较无植物组土壤显著上升，其余处理组水杉幼树土壤的速效养分含量较对照组未出现显著差异(表4)。

对水杉幼树盆栽土壤化学性质进行单因素方差分析表明，就pH值而言，持续水淹组(H、F)仍显著高出C组3.9%和4.3%，与此同时，HD和FD组的土壤pH值显著高出CD组2.6%和3.8%。对于土壤OM含量，H和F组较C组均未出现显著性变化，且HD和FD组与CD组之间亦无显著性差异存在(P> 0.05)(图4)。

图4 阶段2不同水分处理下盆栽土壤pH值、有机质含量(平均值±标准误)Fig.4 The change of pH value and organic matter content in soils under different water treatments in phase 2 (mean±SE)C:正常供水, H:半淹, F:全淹, CD:常规供水-轻度干旱Conventional Water Supply-Light Drought, HD:半淹-轻度干旱Half Flooding-Light Drought, FD:全淹-轻度干旱Full Flooding-Light Drought

水杉幼树实生土壤全量养分含量在阶段2呈现不同规律的变化。其中，与C组相比，H组土壤的TN含量显著降低了18.9%，而与F组之间则没有显著性差异(P> 0.05)；与干旱对照组(CD)相比，HD和FD组土壤TN含量未出现显著性差异。就土壤TP含量而言，H和F组与C组并未出现显著性差异，同时，HD、FD组也并未与CD组出现显著差异(P> 0.05)。另外，F组土壤TK含量显著高出C组17.9%，H组土壤TK含量与C组之间则没有显著性差异存在；与此同时，HD和FD组土壤TK含量与CD组之间亦未无显著性差异存在(P> 0.05)(表3)。

表3 阶段2不同水分处理下盆栽土壤全氮、全磷、全钾含量(平均值±标准误)Table 3 The change of TN, TP and TK content in soils under different water treatments in phase 2 (mean±SE)

不同字母表示不同水分处理组间土壤营养元素含量间差异显著(P< 0.05) C：正常供水, H:半淹, F:全淹, CD:规供水-轻度干旱, HD:半淹-轻度干旱，FD：全淹-轻度干旱

对水杉幼树实生土壤速效养分含量进行单因素方差分析表明，与C组相比，F组土壤AN含量没有出现显著差异(P> 0.05)，而H组则显著升高17.9%；与CD组相比，HD组和FD组水杉土壤AN含量分别显著下降21.6%和16.6%。就土壤AP含量而言，H、F组与C组相比并无显著差异(P> 0.05)，HD、FD组较CD组则显著升高(P< 0.05)。阶段2处理结束后，所有组别土壤的AK含量仍无显著性差异存在(表4)(P> 0.05)。

2.3 水杉幼树实生土壤化学性质对复水的响应(阶段3)

经过21d的恢复生长，除H组、HD组水杉幼树土壤pH值较无植物组显著下降外，其余处理组的pH值与无植物组土壤间均无显著性差异(图5)；而除C组和CD组的水杉盆栽土壤OM含量较无植物组无显著性差异外，所有淹水处理组的水杉盆栽土壤的OM含量则显著或极显著地高于无植物对照组(图5)。水杉幼树土壤除C组的TN含量和CD组的TN、TP及AN含量较无植物组显著上升，F组的TK含量、C和CD组的AP含量显著下降外，各处理组的水杉盆栽土壤N、P、K含量较无植物组间已无显著性差异(表5，表6)。

表4 阶段2不同水分处理下盆栽土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量(平均值±标准误)Table 4 The change of AN, AP and AK content in soils under different water treatments in phase 2 (mean±SE)

单因素方差分析结果表明(图5)，阶段3时所有水分处理组的水杉幼树实生土壤pH值均恢复至C组水平(P> 0.05)；除了H组土壤OM含量显著高出C组18.7%外，其余组别的土壤OM含量也恢复至C组水平，HD和FD组土壤OM含量与CD组之间亦无显著性差异存在(P> 0.05)。

图5 阶段3不同水分处理下盆栽土壤pH值、有机质含量(平均值±标准误)Fig.5 The change of pH value and organic matter content in soils under different water treatments in phase 3 (mean±SE) C：正常供水, H:半淹, F:全淹, CD:规供水-轻度干旱, HD:半淹-轻度干旱，FD：全淹-轻度干旱

与C组相比，F组水杉幼树实生土壤的TN含量没有出现显著变化，而H组仍显著低于C组27.1%；HD、FD组分别和CD组之间没有显著性差异(P> 0.05)。同时，所有处理组土壤的TP含量均恢复到了C组的水平，且HD、FD组与CD组也未出现显著差异。另外，F组的水杉幼树实生土壤TK含量在恢复生长后显著高于C组，而HD和FD与C组之间未出现显著性差异(P> 0.05)(表5)。

所有处理组的水杉幼树实生土壤AN含量在经历恢复生长后均恢复到正常供水组(C)水平，且HD和FD组与CD之间也分别未出现显著性差异(P> 0.05)。21 d的正常供水后，H和F组土壤AP含量显著低于C组(P< 0.05)；与CD组相比，HD和FD组土壤AP含量没有显著变化。与此同时，所有处理组水杉幼树实生土壤之间的AK含量仍未出现显著差异(表6)。

表5 阶段3不同水分处理下盆栽土壤全氮、全磷、全钾含量(平均值±标准误)Table 5 The change of TN, TP and TK content in soils under different water treatments in phase 3 (mean±SE)

表6 阶段3不同水分处理下盆栽土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量(平均值±标准误)Table 6 The change of AN, AP and AK content in soils under different water treatments in phase 3 (mean±SE)

2.4 水杉幼树盆栽土壤化学性质间的相关性分析

对水杉幼苗盆栽土壤化学性质进行相关性分析，结果表明，pH值与OM、TN、TP及AN含量呈显著或极显著负相关，而与全钾含量呈显著正相关。OM含量与TN、TP及AN含量呈现出极显著的正相关关系，但与TK含量却呈极显著负相关。TN含量与TP、AN含量呈极显著正相关，却与TK含量呈显著负相关；TP含量与AN含量呈极显著正相关，与TK含量呈显著负相关；同时，TK含量与AK含量呈显著正相关，与AN含量呈显著负相关(表7)。

3 讨论

土壤是陆地生态系统中物质循环和能量流动的重要场所，其营养成分的变化与地表植被类型[16-17]、不同用地方式[18-19]和人类活动[20-21]等因素有着密切联系。三峡库区消落带土壤每年有5—6个月的时间(因高程而异)浸泡在水体中[22]，其余时间出露成陆，每年都始终处于季节性的干湿交替变化之中。该区域土壤在淹没时会受到因水位涨落所造成的重力侵蚀和水浪的冲刷，在落干期会受到地表径流和雨水淋溶的影响[23]。一般而言，周期性的水位消涨一方面会加速消落区土壤对营养物质的机械吸收、物理吸收、化学吸收和生物吸收等过程，另一方面会促进土壤养分的释放、溶解和扩散过程[24]，但是在三峡库区消落带这一特殊区域，土壤营养元素含量的变化还要结合当地水文特征、气候类型、植被种类和元素特殊理化性质等方面综合考虑。

表7 水杉幼树实生土壤化学特性间的相关性分析Table 7 Correlations between soil chemical properties of M. glyptostroboides saplings

**a=0.05下相关性达到极显著水平； *a=0.01下相关性达到显著水平(两尾检验)

3.1 水杉幼树实生土壤化学性质对水淹的响应(阶段1)

土壤酸碱度是土壤的最重要化学性质，它与土壤微生物的活动、有机质的合成和分解、各类营养元素的转化与释放及有效性、土壤保持养分的能力都有关系；其高低可控制和影响土壤中的微生物区系，进而影响绝大多数营养元素的转化方向、转化过程、转化形态及其有效性等[25]。前人针对三峡消落带模拟试验以及其他流域的研究发现，经过淹水，酸性土壤pH值升高，碱性土壤pH值降低，最终都趋近于中性[26-27]，但是与之不同，本研究发现经历淹水处理会显著提高水杉幼树盆栽土壤的pH值，这可能是因为在嫌气强烈的还原条件下，土壤内形成大量碱性的还原性碳酸铁锰，溶解度较大，导致土壤pH值升高[28]。

土壤有机质是土壤中营养元素的重要来源，是表征土壤肥力与质量的重要指标[29]，其含量不仅可以直接影响土壤的理化性质，同时还与土壤氮磷的全量和有效量有紧密的联系，也是土壤稳定性的重要保证[30]。本阶段可能是由于处理时间较短，水杉凋落物少且水杉凋落物较难分解的缘故[31]，栽植水杉的盆栽土壤OM含量较无植物组并无显著性差异；而不同水分处理组中，水杉幼树盆栽土壤OM含量较C组均显著上升，这是由于淹水导致氧化还原电位低，形成大量还原性物质，导致有机质大量积累[32]。

土壤中氮磷含量主要与植物体内的养分循环过程有关[33]，而在消落带这一特殊的水陆衔接地带，其全量养分同时也受水位周期性改变的影响[18]。本研究中可能由于正常供水组和半淹组水杉幼树生长未受到抑制，需消耗较多的N、P，使得C组和H组土壤的TN、TP、AN含量及H组土壤的AP含量较无植物对照组显著下降；而F组水杉由于生长受到抑制，其土壤TN、TP和AN含量显著高于无植物组。TK含量主要由土壤的成土母岩类型所决定，同时也受到人为施肥的影响[33]，而整个研究中并未进行人为施肥活动，故土壤TK含量主要来源于土壤母质，本阶段的水杉土壤TK较空白组无显著差异，进一步说明植被因素对土壤TK含量影响不大。另一方面，对于F组的水杉幼树土壤，主要是由于本研究中水杉土壤中的TN和TP含量与OM含量有密切的相关性，其TN和TP含量变化与OM含量相似，其含量均较C组显著增加(图3)。

土壤速效养分是表征土壤肥力的重要指标，其含量水平高低对于植物的生长起着关键性作用、可以一定程度上反映出土壤近期速效营养对植物生长的供应状况[34]。碱解氮是来源于植物凋落物的分解后释放出的氨态氮和硝态氮及固氮微生物降解的化合态氮，是植物可以利用的氮素状态。本研究中，F组水杉盆栽土壤AN含量与TN含量的趋势类似，均显著高于C组；而H和F组土壤的AP含量均在本阶段显著下降，可能是由于淹水所引起的土壤pH升高，导致正磷酸盐量的降低[35]，间接导致AP含量的下降。

3.2 水杉幼树实生土壤化学性质对干旱的响应(阶段2)

经过本阶段的干旱处理后，HD和FD组土壤pH值仍较CD组显著升高(图4)，说明前期水淹增加了水杉幼树盆栽土壤pH值后期对干旱胁迫的敏感性。本阶段处理结束后，栽植水杉的盆栽土壤除C组外，各水分处理组的OM含量均显著或极显著增加，与水杉幼树枯枝落叶以及死亡根系进入到土壤中有关，还可能与土壤微生物种群和数量的增加有一定关系。与此同时，由于土壤的暴露，土壤中氧气增加，微生物活性显著上升，加速了对有机质的分解速率，降低了有机质含量[36]，致使HD和FD组水杉幼树盆栽土壤OM含量下降至CD组水平(图4)。

此阶段中HD和FD组水杉土壤全量养分含量均较CD组无显著性差异，说明前期的水淹并未增加水杉幼树实生土壤全量养分含量后期对干旱的敏感性。而H组和F组水杉土壤TN含量在阶段2较阶段1显著下降，其原因主要是在淹水期间，一方面一些易释放形态的氮进入到水体中，使得消落带土壤中的全氮含量下降；另一方面则是由于土壤有机物质的分解，增加TN向水体的释放量[37]。另外，随着处理时间的继续，土壤TK含量在H组有显著上升趋势，这可能与水淹使得土壤从水中吸附营养元素有关[38]。

另外，HD和FD组的土壤AN含量均较CD组显著下降，而AP含量则显著升高，这说明前期水淹增加了水杉幼树实生土壤AN和AP含量后期对干旱的敏感性。前人研究发现，影响土壤磷素释放的环境因素除了水中溶解氧、pH值、氧化还原电位、温度、生物等方面外，土壤周围环境水体组成、水文情势也是影响土壤磷素释放的重要因子[39-40]。长期淹水处理(141 d)后H组和F组水杉幼树AP含量较C组仍显著下降，主要是由于长期淹水所引起的强烈厌氧状态易使Fe3+转化为Fe2+，进而与P素形成可溶性的磷酸亚铁盐，与磷酸盐一起释入上覆水中，导致淹水组土壤AP含量下降[41]。

3.3 水杉幼树实生土壤化学性质对复水的响应(阶段3)

本研究区域内的土壤pH值偏碱性，在所有处理结束后，H和HD组水杉盆栽土壤pH较无植物组显著下降，说明水杉栽植对土壤的酸碱度有一定的改善作用，这与前人研究结果[42]类似；另外，试验结束时除C和CD组水杉盆栽土壤OM含量较无植物组显著或极显著升高，说明水杉对消落带土壤肥力有显著改良作用。对于水杉盆栽土壤而言，阶段3处理结束后，所有水分处理组土壤的pH值、OM、TP、AN和AK含量均与C组无显著性差异存在(P> 0.05)，说明短期的正常供水处理可以使得水杉幼树盆栽土壤pH值及多项营养元素含量迅速恢复至对照组水平。另外，H组和F组水杉土壤的AP含量较C组显著下降，极可能是由于湿干交替的环境增加土壤释放磷素的趋势[43-44]，使土壤AP含量显著降低。

4 结论

本研究中，水杉栽植对消落带土壤具有一定的改良作用，并通过对土壤的改良进一步促进自身的生长发育。三峡库区内土壤退化严重，土壤肥力在逐步下降；且随侵蚀程度的增加，土壤中有机质及N、P含量将普遍缺乏[45]，因此，在三峡库区消落带适度营造水杉对于恢复库区植被、改良土壤肥力状况具有积极作用；此外，前期水淹增强了水杉幼树盆栽土壤pH值、AN和AP含量对后期干旱胁迫的敏感性，且短期恢复生长处理可将水杉土壤pH值及多项营养元素含量迅速恢复至正常供水组水平，因此在库区水位处于落干期时应注意定期浇水抗旱，保证其土壤含水量达到正常水平。

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Effects of simulated submergence and drought on the nutrient content of soils planted with Dawn Redwood (Metasequoiaglyptostroboides) saplings

MA Peng, LI Changxiao*, REN Qingshui, YANG Yujing, MA Jun

KeyLaboratoryfortheEco-EnvironmentoftheThreeGorgesReservoirRegionoftheMinistryofEducation,CollegeofLifeSciences,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

This study investigated the effect of how water availability influences the pH and nutrient content of soils planted with two-year-old Dawn Redwood (Metasequoiaglyptostroboides) saplings, by applying different water treatments to simulate the water-level-fluctuation zone of the Three Gorges Reservoir in this study. The treatments involved 3 phases. In the first phase, the treatments were presented with a conventional water supply (C), half flooding (H), and full flooding (F). Light drought was introduced in the second phase, and included six:conventional water supply (C), half flooding (H), full flooding (F), conventional water supply followed by light drought (CD), half flooding followed by light drought (HD), and full flooding followed by light drought (FD). In the third phase, all treatments were returned to the conventional water supply. Each treatment group lasted 166 days in total, and contained soil samples planted with two-year-oldM.glyptostroboidessaplings and soils without vegetation. The pH value, organic matter (OM), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), total potassium (TK), alkali hydrolysable nitrogen (AN), available phosphorus (AP), and available potassium (AK) content in soils containingM.glyptostroboidessoils and non-vegetated soils were measured after each 166-day treatment. After phase I, compared to non-vegetated soils (control),M.glyptostroboidessoil in groups C and H had highly significant lower nitrogen and TP content and the H treatment had lower AP content, while the F treatment had higher nitrogen and TP content. Compared with the control (group C), flooding treatment increased the pH value and content of OM, whereas AP content decreased. Compared to the control, the TN, TP, and AN content in group H ofM.glyptostroboidessoils increased by 17.1%, 16.9%, and 34.2%, respectively. After the drought treatment of phase II, flooding had a significant effect on the subsequent sensitivity of pH value, as well as OM, AN, and AP content inM.glyptostroboidessoils. Compared to the control, the OM content in the soils of all the water treatment groups (excluding group C) increased significantly in the soils planted withM.glyptostroboides. Concurrently, compared with group C, the pH value increased by 2.6%and 3.8%in group H and F, respectively; however, the OM content was not significantly different inM.glyptostroboidessoils. After the water supply was resumed to the level of the control for all treatments, compared to the control, the pH value ofM.glyptostroboidessoils in group H and HD decreased. In contrast, the OM content in the soils of all the flooding treatment groups and the TN content in soils of group C and CD content increased significantly. In addition, compared to the control, the OM content significantly increased in all the previous flooding treatment groups. The pH value and a number of nutrient contents under the flooding treatments recovered to the level of the control group after recovery growth treatment. All of the chemical properties of the HD and FD groups inM.glyptostroboidessoils also recovered to the level of the CD group. The correlation analysis of soil chemical properties inM.glyptostroboidessaplings soils showed that a very significant, positive correlation was present among OM, TP, TN, and AN content. However, the pH value exhibited a highly negative relationship with OM, TN, TP, and TN content. The results showed thatM.glyptostroboidesis viable for revegetating the water-level-fluctuation zone of the Three Gorges Reservoir, but that timely irrigation during the drawdown time period is necessary.

water-level-fluctuating zone; soil nutrients;Metasequoiaglyptostroboidessaplings; the Three Gorges Reservoir; recovery growth

重庆市自然科学基金重点项目(CSTC2013JJB00004)；国家林业公益性行业科研专项(201004039)；留学回国人员科研启动基金项目(教外司留[2010-1561])；中央高校基本科研业务费专项资金(XDJK2013A011)资助

2014- 05- 11; < class="emphasis_bold">网络出版日期:

日期:2015- 05- 18

10.5846/stxb201405110966

*通讯作者Corresponding author.E-mail:lichangx@swu.edu.cn

马朋, 李昌晓, 任庆水, 杨予静, 马骏.模拟水淹-干旱胁迫对水杉幼树实生土壤营养元素含量的影响.生态学报,2015,35(23):7763- 7773.

Ma P, Li C X, Ren Q S, Yang Y J, Ma J.Effects of simulated submergence and drought on the nutrient content of soils planted with Dawn Redwood (Metasequoiaglyptostroboides) saplings.Acta Ecologica Sinica,2015,35(23):7763- 7773.