张泽彦 魏红义 马建文 商华业 闫扬帆 李凯
摘要: 选取林地、园地和耕地3种土地利用类型,分析禹州市褐土土壤中氮素含量的研究结果表明:0~15 cm土层中,矿化氮含量为:林地>园地>耕地;土壤表层(0~5 cm)硝态氮含量林地最高,显著高于园地和耕地,而土壤表层铵态氮含量园地和林地显著高于耕地;不同土层中的,林地、园地和耕地的硝态氮和铵态氮含量差异显著(P<0.05)。在林地和园地0~5 cm土层中,硝态氮含量显著高于10~15 cm土层,而耕地中硝态氮含量无显著差异,其中林地的硝态氮含量随土壤深度的增加而降低。3種土地利用类型铵态氮含量主要集中分布在土壤0~10 cm土层中。
关键词: 土地利用类型; 硝态氮; 铵态氮; 不同土层
中图分类号: S 714.8 文献标识码: A 文章编号:1001 - 9499(2019)02 - 0028 - 03
氮素是农作物必需的营养素之一,土壤的供氮能力在一定程度上决定了农作物的长势。土壤中有机氮含量大约占全氮的95%,但需转化为无机氮才能被植物吸收利用,其中无机氮主要以硝态氮和铵态氮形式存在于土壤中[ 1 - 4 ]。
河南省禹州市土壤类型为褐土,其不同土地利用类型土壤中的硝态氮、铵态氮含量的变化规律仍不明朗。因此,本文通过研究河南省禹州市典型褐土区的园地、林地和耕地3种土地利用类型土壤中氮素含量(硝态氮和铵态氮),分析不同土地利用类型对土壤硝态氮和铵态氮的影响,从而阐明土壤中硝态氮与铵态氮含量的变化趋势。
1 研究区概况
研究区位于河南省禹州市(34.16°N,113.15°E),海拔116 m,地表形态复杂,主要有山地、丘陵、岗地和平原;年平均气温13.0℃~16.0℃,年平均降水量为650 mm左右,由于受季风气候影响,各季节降水量分布悬殊,60%以上的降雨量集中在7~ 9月,存在较严重的季节性干旱,土壤以典型褐土为主,黄土性母质,土层深厚,质地疏松,肥力均匀,以种植小麦、玉米为主,耕作为两熟制。
2 试验方法
2. 1 取样方法
考虑到空间分布均匀性和样点代表性,在园地、耕地和林地3种样地中各选取3个样点,各样点间距离不小于100 m。在每个样点内随机选取5个点取样,分别取深度为0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm 3个土层的土壤,将同一个土层的混合成一个土壤样本,然后用黑色塑料袋密封,带回实验室,土壤样品经过自然风干后,在实验室磨碎过筛待测。
2. 2 硝态氮和铵态氮测定
硝态氮含量的测定 利用硝酸根离子在210 nm处有较强的紫外吸收这一特性,用紫外分光光度法直接测定土壤浸提液中的NO3-含量。
铵态氮含量的测定 首先用1 mol·L-1 KCl液浸提吸附在土壤胶体上的NH4+及水溶性NH4+,土壤浸提液中的铵态氮在强碱性介质中与次氯酸盐和苯酚作用,生成水溶性染料靛酚蓝,在含氮0.05~0.5 mol·L-1的范围内,吸光度与铵态氮含量成正比,再用靛酚蓝比色法测定。
2. 3 数据处理
采用Microsoft Excel 2003软件作图,利用SPSS软件对不同土地利用类型土壤中的硝态氮、铵态氮含量进行双因素方差分析。
3 结果与分析
3. 1 不同土地利用方式下土壤表层硝态氮和铵态氮分布特征
由不同土地利用类型硝态氮含量可知:林地中硝态氮含量为18.5 mg/kg,园地中为12.1 mg/kg,耕地中为11.8 mg/kg,其中,林地硝态氮含量分别是园地和耕地的1.52和1.56倍。差异之大是因园地和耕地由于过量硝态氮很难被土壤颗粒吸收,主要是以离子的形式存在,容易随降雨或灌溉用水深入到土壤深处[ 5 - 8 ],且土壤硝态氮的累积量随灌溉量的增加而降低[ 9 ]。林地表层硝态氮含量显著高于园地和耕地,可能是由于乔木高大、茂密的树冠和深厚枯枝落叶层对雨水的有效拦截,使硝态氮富集在表层[ 10 ]。
由不同土地利用类型铵态氮含量可知:林地中铵态氮含量为8.77 mg/kg,园地中铵态氮含量为9.65 mg/kg,耕地中含量为3.31 mg/kg。林地和园地铵态氮含量显著高于耕地,这是由于耕地农作物大量种植,采用机械耕作较多,土壤质地疏松,透气性良好,导致铵态氮含量较低;而林地是粗放式管理,除了植物残骸,根系的腐败外,外来肥的添加很少,土壤微生物数量减少,且根系锁水力强,导致铵态氮富集在土壤表层。
3. 2 不同土地利用类型中硝态氮、铵态氮垂直分布特征
由不同土地利用类型中不同深度硝态氮和铵态氮含量(表1)可知:3种土地利用方式中,在0~ 15 cm土层中,平均硝态氮含量均高于铵态氮含量。林地和园地土壤硝态氮含量在0~5 cm土层中含量最高,且与5~10 cm和10~15 cm土层中含量有显著差异。在耕地土壤中,硝态氮含量在5~10 cm土层中最高,但与0~5 cm和10~15 cm土层中未有显著差异,这可能是由于耕地常年实施旋耕,其耕作深度一般为15 cm,故致使硝态氮含量无显著差异。在园地和林地中,硝态氮、铵态氮含量主要集中在0~10 cm土层,10~15 cm土层含量较少,其中林地0~5 cm土层中,铵态氮含量(5.10 mg/kg)是5~10 cm(2.10 mg/kg)的2.42倍,是10~15 cm(1.20 mg/kg)的4.25倍,这可能是因为土壤有机质含量随土层深度的增加而减少,有机质有保持和供应铵态氮和硝态氮的作用,随土层深度的增加,微生物数量下降、土壤透气性降低,导致可转化为无机氮的氮源减少。另外,随土层深度的增加,土壤颗粒粒径加粗,无机氮含量和分布均随土壤颗粒的加粗而逐渐减少[ 1 ]。
4 结 论
4. 1 在0~15 cm土层中,硝态氮在林地中含量最高(18.5 mg/kg),其次是园地,耕地中硝态氮含量最低,且林地和耕地中硝态氮含量呈显著性差异(P<0.05),而林地与园地土壤含量无显著性差异;在0~5 cm土层中,林地中硝态氮含量与园地和耕地中含量差异性显著。
4. 2 在0~5 cm土层中,硝态氮在杯地中含量,与园地和耕地中含量呈显著性差异(P<0.05);铵态氮在园地中含量最高,与耕地无显著性差异。
4. 3 3种土地利用类型下不同土层硝态氮和铵态氮差异显著。林地和园地硝态氮含量主要集中分布于0~10 cm土层中,其中林地表现出随土壤深度的增加而减少的趋势,而耕地中硝态氮的含量在各土层中并无显著差异。
参考文献
[1] 李荣, 何兴东, 张宁, 等. 沙丘固定过程中土壤铵态氮和硝态氮的时空变化[J]. 土壤学报, 2010, 47(2): 295 - 302.
[2] Rice E L, Pancholy S K. Inhibition of nitrification by climax ecosystems[J]. American Journal of Botany, 1972, 59(10): 1 033 - 1 040.
[3] 张庆费, 由文辉. 浙江天童植物群落演替对土壤化学性质的影响[J]. 应用生态学报, 1999, 10(1): 19 - 22.
[4] 宋歌, 孙波, 教剑英. 测定土壤硝态氮的紫外分光光度法与其他方法的比较[J]. 土壤学报, 2007(2): 288 - 293.
[5] 梁兰英. 紫外分光光度法测定土壤中的硝态氮[J]. 甘肃环境研究与监测, 2001, 14(2): 80 - 81.
[6] 石薇, 王景燕, 魏有波, 等. 水热条件对华西雨屏区柳杉人工林土壤氮矿化的影响[J]. 土壤通报, 2014, 45(6): 1 430 - 1 436.
[7] 赵宁, 张洪轩, 王若梦, 等. 放牧对若尔盖高寒草甸土壤氮矿化及其温度敏感性的影响[J]. 生态学报, 2014, 34(15): 4 234 - 4 241.
[8] 巨晓棠, 李生秀. 土壤氮素礦化的温度水分效应[J]. 植物营养与肥料学报, 1998, 4(1): 37 - 42.
[9] 梁涛. 西苕溪流域不同土地类型下氮元素输移过程[J]. 地理学报, 2002, 57(4): 389 - 396.
[10] 薛晓辉, 赵常万, 张嵩. 黔西北不同土地利用类型下土壤全氮及硝态氮的分布与残留[J]. 草地学报, 2016, 24(4): 819 - 824.
第1作者简介: 张泽彦(1996-), 男, 本科在读, 地理科学专业。
收稿日期: 2018 - 11 - 22
(责任编辑: 李 丹)