高 超王，張建月麗學(xué)，康，陳昕積彤山，張，邸 強桂俐，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［1］。氮素是植物生長和發(fā)育所必需的營養(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，同時又受植被生長狀況、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)，栽培草地土壤有機碳和全氮含量隨種植年限的增長而增加［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象，以圍欄封育自然恢復(fù)草地為對照，分析比較兩種栽培草地土壤氮素季節(jié)動態(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(對照)面積150畝(約合10 hm2)。2010 年土壤取樣時，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。在每個樣地上沿對角線方向設(shè)置兩條樣線(每條樣線長度約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 篩用于測定土壤全氮、速效氮和有機質(zhì)。

1.3 測定項目與方法

土壤全氮采用全自動定氮儀(FOSS 2300)測定;土壤速效氮采用堿解擴(kuò)散法測定;土壤有機質(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態(tài)

2.1.1 不同草地類型不同土層土壤全氮季節(jié)動態(tài)

土壤全氮含量能夠反映土壤氮素的儲量與供應(yīng)能力，氮素含量直接影響著植物的生長，而植被覆蓋度和植被類型也影響著氮素的動態(tài)［25］。本研究中，苜蓿栽培草地各土層土壤全氮含量月動態(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(表1)。7 月份土壤全氮含量最低，均顯著低于其他4 個月份(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，都在8 月份達(dá)到最高值，分別為0.281%和0.276%。3 個土層10 月份土壤全氮含量都最低，大多與其他4 個月份間差異顯著(P ＜0.05)，只有20 －30 cm 土層，10 月份與9 月份差異不顯著，這可能是因為9 月份時此土層的全氮累積量較土壤表層凋落物少的同時羊草營養(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，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。

7 月份植物生長旺季，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(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)，這可能因為7 月份是苜蓿生殖生長旺盛期，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，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，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。生長季末期9 －10 月份是營養(yǎng)繁殖芽生長的旺盛時期，羊草種群將通過營養(yǎng)繁殖芽進(jìn)行種群的補充和更新［27］，此時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基本一致，呈降低－升高－降低的趨勢。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)，這可能是因為7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: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質(zhì)季節(jié)動態(tài)

苜蓿栽培草地和羊草栽培草地土壤有機質(zhì)的月動態(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，且最低值都出現(xiàn)在7 月份;圍欄封育草地土壤有機質(zhì)的月動態(tài)變化為隨著月份的增加呈先降低后升高的趨勢，其他土層呈升高趨勢，總體上6、7 月份土壤有機質(zhì)含量較低(表3)。3 個樣地有機質(zhì)含量峰值出現(xiàn)時期不同: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。這可能是因為8 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，土壤有機質(zhì)的腐殖質(zhì)化程度最強，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較弱，土壤有機質(zhì)礦化度極低，有機物補給大于分解［29］，所以此時期土壤有機質(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質(zhì)值最大的原因。

3 個樣地土壤有機質(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 有機質(zhì)平均值在測定時期內(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 個月均有顯著差異。

表3 不同草地類型不同土層土壤有機質(zhì)含量季節(jié)動態(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季土壤氮素動態(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則是逐漸增加;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;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，10 －30 cm 則表現(xiàn)為隨月份的增加先升高后降低的趨勢，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。

植被在不同生長季節(jié)對氮素的需求量不同，因此，對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，土壤微生物活動頻繁，土壤中有機質(zhì)降解加快，促進(jìn)氮的礦化作用，植物對速效氮的吸收逐漸增強，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，土壤有機質(zhì)的礦化加強，同時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，對氮素的消耗低于累積。同時，該時期也有利于有機氮的礦化分解，3 個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，植被生長對氮素需求量降低，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，羊草營養(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 個草地類型的土壤全氮含量變化規(guī)律不同，在整個生長季中，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。

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