靖边县北部风沙区低效林地土壤全氮分布特征

孟婷婷武丹

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075；5.自然资源部土地工程技术创新中心，陕西 西安 710075)

靖边北部风沙滩区，位于毛乌素沙漠南端，气候干燥，降水少，风沙严重，土壤质量不高，林地退化严重，低效林地面积大，林地退化导致了植被-土壤等的一系列变化，而植被-土壤的变化又影响着土壤养分。因此对该地区土壤养分的探究及土壤资源的准确掌握具有紧迫的现实需求[1]。

在生态系统中，植被与土壤间存在着相互依赖和相互制约的关系，植被的发生、发育及演替的方向与速度会受到土壤理化性质的影响，反过来土壤理化性质又会因植物群落的演变而发生改变[2]。大量研究表明，植被对土壤质地、容重、孔隙和有机质等土壤物理、化学和生物学等性质有着重要的影响[3,4]，同时，植被还对土壤有改良作用，主要是通过其根系活动和枯落物的分解来直接增加土壤有机养分的含量[5]。王国会等[6]研究表明，黄土丘陵沟壑区自然恢复草地不同演替阶段土壤有机质含量不断增加，其全氮、有效氮和速效钾含量也随着植被演替的进行在不断增加。此外，植被类型也影响着土壤结构和稳定[7]。蒋倩等[7]研究表明，在环境条件相似、适宜本研究区植被生长的区域，以马尾松为主的植被类型在枯落物养分含量、养分潜在归还量等方面较其他植被类型均有一定优势，在改良土壤养分、改善土壤结构、减缓水土流失方面均有较高贡献。在以往的研究中，对植被与土壤的关系研究多集中在植被人工或自然恢复对土壤理化性质等的影响，对林地退化后，形成的低效林与土壤养分之间作用关系研究较少。并且，氮素是植被生态系统的主要限制资源，与植物的光合作用和细胞分裂密切相关，对植被生态系统的组成、生产力和生态功能起着决定性的作用[9]。

由于靖边县干旱、半干旱等地区的降水较为稀少，季节性分配不均匀，蒸发较强，土壤中氮的生成和变化规律也不同。为了及时掌握陕北风沙区低效林地土壤全氮含量分布现状，本研究以靖边北部低效林地为研究对象，开展土壤全氮分布研究，可为旱区植被的健康可持续发展提供一定的科学指导意义。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于陕西省靖边县北部风沙滩区，介于N36°58′45″～38°03′15″，E108°17′15″～109°20′15″，处于毛乌素沙漠南缘，地势南高北低，西高东低。该区属温带半干旱大陆性季风气候，昼夜温差大，无霜期短，雨水少，多风沙。年平均气温7.8℃，最热月(7月)平均气温22.2℃，最冷月(1月)平均气温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%，年平均蒸发量1930mm，降水量与蒸发量年内分配不均。土壤类型主要为风沙土，研究区总面积27.9910hm2，其中，乔木林地2.0101hm2，灌木林地10.7027hm2，其他地3.1587hm2。

1.2 样地划定

综合前期调研勘探，选择靖边县北部风沙滩区红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇5个区域作为采样区域，如图1所示，采样区常见的植被类型有柠条、沙棘、沙柳。

图1 样地分布位置示意图

1.3 土壤样品采集与测定

根据各区域面积大小，在红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇分别采集土样为14、10、11、6和8个，采用口径40mm的土钻人工采样，采样深度为0～20cm和20～40cm，采集的土样挑出植物根系和石砾，装入自封袋中，带回实验室备用。带回实验室的土样自然风干后过0.149mm和2mm筛子，分别用于土壤全氮和颗粒组成的测定，土壤全氮测定方法根据鲍士旦[10]主编的《土壤农化分析》半微量凯氏法。土壤颗粒组成采用马尔文激光粒度仪(Mastersizer 3000，Malvern Instruments Ltd)测定，土壤质地分类按美国农业部(USDA)标准进行；黏粒、粉粒和砂粒粒径分别为≤0.002mm、0.002～0.05mm和0.05～2mm。

1.4 土壤全氮分级标准

土壤全氮分级标准参照全国第二次土壤普查养分分级标准[11]，如表1所示。

表1 土壤全氮分级标准对照表

1.5 数据处理及分析

数据处理和分析采用Excel 2010和Spss 22.0，作图采用Origin 2018，风沙区土壤全氮含量数据为5个镇土壤全氮平均值，方差分析用来比较0～20cm和20～40cm土层土壤全氮差异性。

数据变异性：变异系数低于10%为弱变异；10%～30%为中等变异；高于30%为强变异[12]。

2 结果与分析

2.1 土壤颗粒组成分布特征

由表2可知，0～20cm和0～40cm土层，各镇土壤黏粒含量极低最大值仅为1.97%，砂粒含量较高最小值35.49%，该区域的土壤质地主要为砂土、砂壤土、壤砂土，极个别点土壤质地为粉壤土。

表2 靖边县北部风沙区各镇土壤颗粒组成分布特征

2.2 土壤全氮含量分布统计分析

由表3可知，红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇、东坑镇和整个风沙区土壤全氮含量在0～20cm土层的平均值分别为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，东坑镇土壤全氮含量较高于其他镇，其他各区域差异不大。在20～40cm土层，土壤全氮的平均值分别为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，黄蒿界镇土壤全氮含量较其他镇略低，东坑镇含量较高。研究区域土壤全氮变异系数均大于30%，属强变异，说明土壤全氮含量空间分布差异较大，主要是由于植被类型和种植密度不同造成的。

表3 靖边县北部风沙区各镇土壤全氮含量描述性统计

5个镇土壤全氮最大值范围为0.280～0.781g·kg-1，均值范围为0.113～0.431g·kg-1，中位数范围为0.085～0.342g·kg-1，参照全国第二次土壤养分普查分级等级标准，该区域土壤全氮含量最大值处于4级缺乏等级，平均含量水平处于6级极缺乏等级，说明低效林地土壤极度贫瘠。主要是因为该区域的土壤质地为砂土和砂壤土，漏水漏肥；此外，该区域恶劣的气候条件，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

由图2可知，靖边县北部风沙区红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇和东坑镇5个镇以及风沙区土壤全氮含量在0～20cm和20～40cm无显著性差异(p<0.05)。一般来说，土壤全氮含量随着土壤深度的增加逐渐减少，本研究土壤全氮随着土壤深度的增加变化不大，且在表层0～20cm与20～40cm无显著性差异，这与弓文艳等[13]和李龙等[14]的研究也不相同。主要原因：研究区域为风沙区，部分地区在表层被深厚的黄沙覆盖，以至于表层0～20cm沙含量较多，养分储蓄量较少；因为在采集土样时，在每个区域采集的植被类型较多且分散，深根系和浅根系植被同时存在，也导致了表层0～20cm和20～40cm土层土壤全氮的差异。

图2 靖边县各镇不同深度土壤全氮含量分布

3 结论

靖边县北部风沙区红墩界镇、海则滩镇、黄蒿界镇、柠条梁镇、东坑镇和整个风沙区土壤全氮含量在0～20cm土层的平均值分别为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，东坑镇土壤全氮含量较高于其他镇。在20～40cm土层，土壤全氮的平均值分别为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，黄蒿界镇土壤全氮含量较其他镇略低，东坑镇含量较高。参照全国第二次土壤养分普查分级等级标准，该区域土壤全氮平均含量水平处于6级极缺乏等级，低效林地土壤极度贫瘠。

研究区土壤全氮含量随土壤深度的增加变化不大，且在0～20cm和20～40cm土层无显著性差异。

本文对靖边县北部风沙区低效林地土壤氮素养分的研究，对该区域土地综合整治具有重要的现实指导意义，可为该区域低效林地的整治提供理论依据——根据地力水平宜耕则耕，宜林则林，宜草则草。

本文在分析土壤全氮含量时是以镇为单位，忽略了对植被类型的细化，进一步的研究可从风沙区植被类型入手。