高 超王，張建月麗學(xué)，康，陳昕積彤山，張，邸 強(qiáng)桂俐，鐘， 潘鵬多鋒，

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草業(yè)研究所，黑龍江 哈爾濱150086;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所，黑龍江 哈爾濱150086)

土壤是植物生存的重要基礎(chǔ)條件之一，土壤養(yǎng)分直接影響植物的生長(zhǎng)［1］。氮素是植物生長(zhǎng)和發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在草地生態(tài)系統(tǒng)中氮素至關(guān)重要，在調(diào)節(jié)草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)和功能方面起著關(guān)鍵作用［2-4］，是草地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)［5-6］，既限制著草地的生產(chǎn)力又是衡量草地生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)［7-8］。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤全氮含量是主要的土壤肥力指標(biāo)之一，能夠給土壤提供基礎(chǔ)肥力，同時(shí)又受植被生長(zhǎng)狀況、環(huán)境因子和草地利用情況等的影響。土壤的全氮含量與土壤理化特征、土地利用方式和植被特征等密切相關(guān)［9］。

松嫩草地是我國(guó)重要畜牧業(yè)和商品飼草生產(chǎn)基地。近年來，全球氣候的變暖以及人們對(duì)草地的不合理利用，致使草地發(fā)生大面積植被退化和土壤鹽堿化［10-12］，而且草地鹽堿化程度逐漸加重。其中，重度鹽堿化土地面積仍以每年1. 4% 的速度擴(kuò)展［10］。草地退化引起土壤氮素流失，已經(jīng)成為限制草地生產(chǎn)力的最重要因素之一［13］。栽培草地不僅能緩解草畜供需矛盾，而且是解決草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要部分［14］，有利于當(dāng)?shù)刈匀恢脖缓屯寥赖幕謴?fù)與重建［15］。已有研究表明，種植苜蓿(Medicago sativa)可顯著提高黃土高原苜蓿草地的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮含量［16］;在三江源區(qū)建植栽培草地，土壤有機(jī)質(zhì)、氮素和磷素隨年限增加呈“V”字型變化［17］;高山草甸垂穗披堿草(Elymus nutans)栽培草地速效氮的含量明顯高于重度退化草地［18］;在松嫩鹽堿草地上星星草(Puccinellia tenuiflora)栽培草地有利于土壤氮素的積累［19］;在黃土高原云霧山草地研究中發(fā)現(xiàn)，栽培草地土壤有機(jī)碳和全氮含量隨種植年限的增長(zhǎng)而增加［20］。

本研究以松嫩平原(重度鹽堿化草地)栽培種植的羊草(Leymus chinensis)和苜蓿草地為研究對(duì)象，以圍欄封育自然恢復(fù)草地為對(duì)照，分析比較兩種栽培草地土壤氮素季節(jié)動(dòng)態(tài)特征，旨在為松嫩平原重度鹽堿化退化草地的植被栽培恢復(fù)與管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑龍江省綏化市蘭西縣遠(yuǎn)大鄉(xiāng)，地處松嫩平原西部。126°08' E、46°12' N，平均海拔160 m。年平均氣溫－5.9 ℃，極端最高氣溫37.6℃，極端最低氣溫－ 39 ℃，≥0 ℃年積溫2 760℃·d，年均日照時(shí)數(shù)2 900 h，無霜期平均139 d，年平均降水量469.7 mm。屬溫帶大陸性氣候。草地類型為鹽堿化草地，土壤為鹽堿化草甸土。

1.2 樣地選設(shè)及取樣

本試驗(yàn)選取的苜蓿栽培草地和羊草栽培草地均為2008 年5 月建植，未進(jìn)行施肥處理，建植后草地圍欄禁牧，其中，苜蓿栽培草地面積為250 畝(約合16.67 hm2)，羊草栽培草地面積為200 畝(約合13.33 hm2)。建植前草地屬重度鹽堿化草地，地表裸露面積大，春夏以一年生或多年生的藜科、蓼科、菊科和薔薇科植物為優(yōu)勢(shì)種，如灰綠藜(Chenopodium glaucum)、兩棲蓼(Polygonum amphibium)、歐亞旋覆花(Inula britanica)、偽泥胡菜(Serratula coronata)、蒲公英(Herba taraxaci)和翻白委陵菜(Potentilla discolor)等;夏末秋初主要為一年生的禾本科植物，如谷莠子(Setaria viridis)、虎尾草(Chloris virgata)等。堿斑面積在60%以上，土壤pH 在8.25 ～10.14，土壤表層含鹽量0.136% ～0.405%。圍欄封育進(jìn)行自然恢復(fù)的重度鹽堿化草地(對(duì)照)面積150畝(約合10 hm2)。2010 年土壤取樣時(shí)，苜蓿栽培草地主要以苜蓿為建群種，總蓋度在85%左右，主要伴生種為羊草、翻白委陵菜、谷莠子、苦荬菜(Ixeris denticulata)、田旋花(Convolvulus arvensis)等;羊草栽培草地以羊草為建群種，群落總蓋度在95%左右，主要伴生種為野大麥(Hordeaum brevisubulatum)、翻白委陵菜、菖蒲草(Typha angustifolia)等;圍欄封育草地(對(duì)照)以翻白委陵菜為建群種，群落總蓋度在70%左右，主要伴生種有羊草、歐亞旋覆花、東北牡蒿(Artemisia manshurica)、灰綠藜、兩棲蓼、野大麥、菖蒲草等。

試驗(yàn)于2010 年6 月開始，每月的15 日在苜蓿栽培草地、羊草栽培草地和對(duì)照樣地上進(jìn)行土壤取樣，至10 月份結(jié)束，共取5 次土樣。在每個(gè)樣地上沿對(duì)角線方向設(shè)置兩條樣線(每條樣線長(zhǎng)度約250 m)，在每條樣線上每隔約50 m 用土鉆取一次土樣(分0 －10、10 －20 和20 －30 cm 深度)，共取12 鉆，即12 次重復(fù)。將同一樣地同層的土樣混合并自然風(fēng)干，過0.15 和1.0 mm 篩用于測(cè)定土壤全氮、速效氮和有機(jī)質(zhì)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤全氮采用全自動(dòng)定氮儀(FOSS 2300)測(cè)定;土壤速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法－外加熱法［21］。土壤0 －30 cm土層數(shù)據(jù)為各土層數(shù)據(jù)相加后的平均值［22-24］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)利用SPSS 13.0 系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同草地土壤氮素動(dòng)態(tài)

2.1.1 不同草地類型不同土層土壤全氮季節(jié)動(dòng)態(tài)

土壤全氮含量能夠反映土壤氮素的儲(chǔ)量與供應(yīng)能力，氮素含量直接影響著植物的生長(zhǎng)，而植被覆蓋度和植被類型也影響著氮素的動(dòng)態(tài)［25］。本研究中，苜蓿栽培草地各土層土壤全氮含量月動(dòng)態(tài)變化一致，均表現(xiàn)為隨月份增加呈降低－升高－降低的趨勢(shì)(表1)。7 月份土壤全氮含量最低，均顯著低于其他4 個(gè)月份(P ＜0.05)，最高值出現(xiàn)在9 月份0－10 cm土層，為0.342%。

表1 不同草地類型不同土層土壤全氮含量季節(jié)動(dòng)態(tài)變化Table 1 Seasonal change of soil total nitrogen content in different grassland types %

羊草栽培草地土壤全氮含量月動(dòng)態(tài)變化因土層深度而異(表1)。0 －10 cm 土層是先降低后增加然后 再 降 低，6 月 最 高(0. 325%)，10 月 最 低(0.147%);10 －20 和20 －30 cm 土層隨著月份的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，都在8 月份達(dá)到最高值，分別為0.281%和0.276%。3 個(gè)土層10 月份土壤全氮含量都最低，大多與其他4 個(gè)月份間差異顯著(P ＜0.05)，只有20 －30 cm 土層，10 月份與9 月份差異不顯著，這可能是因?yàn)? 月份時(shí)此土層的全氮累積量較土壤表層凋落物少的同時(shí)羊草營(yíng)養(yǎng)繁殖芽又需要一定的氮素，所以此土層全氮含量在9 月份時(shí)下降明顯，與10 月份差異不顯著。

圍欄封育草地各土層土壤全氮含量月份間的變化幅度較平緩，差異不顯著(P ＞0.05)。0 －10 cm土層土壤全氮含量表現(xiàn)為隨月份增加先升高后降低的趨勢(shì)，10 －20 和20 －30 cm 土層土壤全氮含量隨月份增加呈現(xiàn)“M”型趨勢(shì)。

7 月份植物生長(zhǎng)旺季，0 －30 cm 土層土壤全氮含量表現(xiàn)為羊草栽培草地＞圍欄封育草地＞苜蓿栽培草地，苜蓿栽培草地全氮含量最低(0.184%)，顯著低于羊草栽培草地和圍欄封育草地(P ＜0.05)。除7 月份外，其他月份均以苜蓿栽培草地土壤全氮含量最高。

2.1.2 不同草地類型不同土層土壤速效氮季節(jié)動(dòng)態(tài) 土壤速效氮是植物從土壤中吸收氮素的主要形態(tài)［26］，苜蓿栽培草地各土層土壤速效氮含量變化與土壤全氮基本相似，隨著月份的增加呈降低－ 升高－降低的趨勢(shì)(表2)。土壤表層速效氮含量8 月份達(dá)最高(140.916 mg·kg－1)，在7 月份最低，為68.815 mg·kg－1，與其他月份間差異顯著(P ＜0.05)，這可能因?yàn)? 月份是苜蓿生殖生長(zhǎng)旺盛期，根系大量吸收氮素以保證種子的成熟。

羊草栽培草地0 －10 cm 土層土壤速效氮含量隨著月份的增加呈降低－升高－降低趨勢(shì)，8 月份最高，為133.022 mg·kg－1，10 月份最低，為57.702 mg·kg－1，顯著低于其他月份(P ＜0.05);10 －20和20 －30 cm 土層隨月份增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，8 月份均最高，除20 －30 cm 土層的6 月份和10月份土壤速效氮含量差異不顯著外，10 月份顯著低于其他月份。生長(zhǎng)季末期9 －10 月份是營(yíng)養(yǎng)繁殖芽生長(zhǎng)的旺盛時(shí)期，羊草種群將通過營(yíng)養(yǎng)繁殖芽進(jìn)行種群的補(bǔ)充和更新［27］，此時(shí)羊草根系大量吸收土壤中的氮素提供羊草根芽所需的養(yǎng)分，所以，土壤速效氮含量此時(shí)降至最低。

圍欄封育草地各土層土壤速效氮含量與苜蓿栽培草地變化趨勢(shì)基本一致，呈降低－升高－降低的趨勢(shì)。各土層土壤速效氮含量均在7 月份最低，與8、9 和10 月差異顯著(P ＜0.05)，這可能是因?yàn)?月份草地生物量最大，植物需從土壤中吸收足量的氮素，以維持其生長(zhǎng)所需的能量;0 －10 和10 －20 cm 土層土壤速效氮含量均在8 月份最高。

表2 不同草地類型不同土層土壤速效氮含量季節(jié)動(dòng)態(tài)變化Table 2 Seasonal change of soil available nitrogen content in different grassland types mg·kg －1

7 月份植物生長(zhǎng)旺季，0 －30 cm 土層土壤速效氮含量也表現(xiàn)出同全氮含量相同的趨勢(shì):羊草栽培草地＞圍欄封育草地＞苜蓿栽培草地，苜蓿栽培草地最低(42.920 mg·kg－1)，顯著低于羊草栽培草地和圍欄封育草地(P ＜0.05)。除7 月份外，其他月份均以苜蓿栽培草地土壤速效氮含量最高。

2.2 不同草地類型土壤有機(jī)質(zhì)季節(jié)動(dòng)態(tài)

苜蓿栽培草地和羊草栽培草地土壤有機(jī)質(zhì)的月動(dòng)態(tài)變化相似:均表現(xiàn)出隨著月份的增加呈降低－升高－降低的趨勢(shì)，且最低值都出現(xiàn)在7 月份;圍欄封育草地土壤有機(jī)質(zhì)的月動(dòng)態(tài)變化為隨著月份的增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，其他土層呈升高趨勢(shì)，總體上6、7 月份土壤有機(jī)質(zhì)含量較低(表3)。3 個(gè)樣地有機(jī)質(zhì)含量峰值出現(xiàn)時(shí)期不同:苜蓿栽培草地在8、9 月份，羊草栽培草地大多出現(xiàn)在9 月份，圍欄封育草地是10 月份。這可能是因?yàn)? 月份，苜蓿植株從大氣中吸收和固定的碳素增加，此外，8 月份雨熱充足，土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖質(zhì)化程度最強(qiáng)，為土壤養(yǎng)分的積累尤其是碳素積累提供了有利條件［28］;9 月份，羊草栽培草地土壤微生物活動(dòng)較弱，土壤有機(jī)質(zhì)礦化度極低，有機(jī)物補(bǔ)給大于分解［29］，所以此時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)最高;10 月份，在圍欄封育樣地內(nèi)，包括翻白委陵菜、歐亞旋覆花等闊葉植物已經(jīng)枯萎，此時(shí)草地枯落物生物量最大，這可能是圍欄封育樣地該月份土壤有機(jī)質(zhì)值最大的原因。

3 個(gè)樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量最高月份的值均顯著高于最低值月份。苜蓿栽培草地與圍欄封育樣地的0 －30 cm 有機(jī)質(zhì)平均值在測(cè)定時(shí)期內(nèi)除7 月外均差異顯著(P ＜0.05)，與羊草栽培草地除6 月和9月無顯著差異外(P ＞0.05)，其他3 個(gè)月均有顯著差異;羊草栽培草地與圍欄封育樣地相比，只有8 月份沒有顯著差異，其余4 個(gè)月均有顯著差異。

表3 不同草地類型不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量季節(jié)動(dòng)態(tài)變化Table 3 Seasonal change of soil organic matter content in different grassland types %

3 討論與結(jié)論

不同草地類型土壤氮素含量不同，同類型草地不同植被下土壤氮素變化也不同。陳開華等［30］研究了高寒草甸不同植被類型土壤全氮含量變化動(dòng)態(tài)，得出退化草地和栽培草地的土壤全氮含量最高值均出現(xiàn)在8 月份而且變化規(guī)律相似，至9 月份和10 月份有所下降。張宏等［31］研究了川西北高寒草甸生長(zhǎng)季土壤氮素動(dòng)態(tài)，結(jié)果表明淺丘山地灌叢和丘前階地草甸的土壤全氮在5、7 和9 月份是先減少后緩慢增加，而淺丘山地草甸土壤全氮?jiǎng)t是逐漸增加;土壤速效氮表現(xiàn)為淺丘山地灌叢隨月份增加逐漸下降，丘前階地草甸呈現(xiàn)“V”字型變化，淺丘山地草甸隨月份增加逐漸升高。

本研究得出，苜蓿栽培草地各土層全氮含量和速效氮含量隨季節(jié)變化規(guī)律基本相似，隨著月份的增加呈降低－升高－下降的趨勢(shì);羊草栽培草地0 －10 cm 土層土壤全氮含量隨月份增加也呈先降低－升高－降低的趨勢(shì)，10 －30 cm 則表現(xiàn)為隨月份的增加先升高后降低的趨勢(shì)，該樣地土壤速效氮含量季節(jié)變化規(guī)律與土壤全氮含量變化規(guī)律相似;圍欄封育草地土壤全氮含量隨季節(jié)變化較平緩，土壤速效氮含量季節(jié)變化規(guī)律總體表現(xiàn)為降低－升高－降低的趨勢(shì)。

植被在不同生長(zhǎng)季節(jié)對(duì)氮素的需求量不同，因此，對(duì)土壤氮素累積的影響也不同［32-33］。在松嫩平原6 月和7 月氣候較暖，土壤微生物活動(dòng)頻繁，土壤中有機(jī)質(zhì)降解加快，促進(jìn)氮的礦化作用，植物對(duì)速效氮的吸收逐漸增強(qiáng)，隨著溫度的升高，速效氮含量開始逐漸積累［34］。苜蓿栽培草地各層和羊草栽培草地表層土壤全氮含量下降，圍欄封育草地各層土壤全氮升高，苜蓿栽培草地和圍欄封育草地土壤速效氮降低，而羊草栽培草地植物對(duì)速效氮的消耗低于速效氮的累積，所以出現(xiàn)氮沉降現(xiàn)象。

在8 月份，雨熱條件充足，土壤有機(jī)質(zhì)的礦化加強(qiáng)，同時(shí)凋落物的分解使土壤全氮出現(xiàn)累積，苜蓿栽培草地各土層全氮均出現(xiàn)累積，這可能與苜蓿根系固氮能力增加土壤氮素含量有關(guān);而羊草栽培草地則表現(xiàn)為土壤表層全氮下降，20 －30 cm 土層全氮升高;圍欄封育草地土壤表層全氮升高，向表層聚集明顯，但20 －30 cm 土層全氮下降，這應(yīng)該與羊草栽培草地和圍欄封育草地植被根系具有表聚性有關(guān)，土壤表層羊草根系消耗氮素高于底層根系，圍欄草地以闊葉植物為主，對(duì)氮素的消耗低于累積。同時(shí)，該時(shí)期也有利于有機(jī)氮的礦化分解，3 個(gè)樣地各層土壤速效氮含量均出現(xiàn)累積現(xiàn)象。9 月份，植物進(jìn)入枯黃期，植被生長(zhǎng)對(duì)氮素需求量降低，而凋落物歸還量的增加使土壤全氮含量增加，但是羊草栽培草地和圍欄封育草地中羊草所占比例較高，此時(shí)，羊草營(yíng)養(yǎng)繁殖芽旺盛，仍需要大量的氮，所以土壤速效氮含量持續(xù)降低，尤其在10 月份降低幅度較大。

綜上所述，3 個(gè)草地類型的土壤全氮含量變化規(guī)律不同，在整個(gè)生長(zhǎng)季中，苜蓿栽培草地、羊草栽培草地的0 －10 cm 土層和圍欄封育草地的土壤速效氮含量總體變化規(guī)律基本相似，呈降低－升高－降低的趨勢(shì)。

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