尼加提·乃合買提，艾克拜爾·伊拉洪*，張文太，賽牙熱木·哈力甫

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆土壤與植物生態(tài)過程自治區(qū)級重點實驗室，新疆烏魯木齊 830052；2.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150040)

土壤作為生態(tài)系統(tǒng)中重要的生態(tài)因子，在水平及垂直地帶性上受外界不同環(huán)境的影響，無機態(tài)氮與理化性質(zhì)空間異質(zhì)性明顯[1]。土壤氮含量是土壤肥力的因素之一，影響地上植物的生長發(fā)育、數(shù)量、多樣性及土壤中的微生物量及土壤酶活性。土壤有機質(zhì)和全氮量的多少，直接影響草地的產(chǎn)草量，從而間接地影響草地載畜能力[2]，因此草原土壤氮含量的降低也是引起草原退化的因素之一。草地是地球上分布最廣的植被類型之一[3]，由于草地生態(tài)系統(tǒng)是最重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，并低的氮輸入和部分人為干擾，成為研究自然生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的重要場所[4-6]。根據(jù)土壤化學(xué)原理，土壤氮分為兩大形態(tài)：有機態(tài)氮和無機態(tài)氮[7]。無機態(tài)氮包括銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，由于無機態(tài)氮直接被植物吸收利用，且易受外界環(huán)境的影響，因此研究無機態(tài)氮與土壤物理性質(zhì)之間的相關(guān)性成為主要研究課題[8]。隨著計算機技術(shù)的進步，運算能力增強，模型的廣泛應(yīng)用，對土壤空間異質(zhì)性的研究越來越重視[9]。王政權(quán)等[10]研究表明，土壤無機態(tài)氮與理化性質(zhì)空間異質(zhì)性受氣候、母巖、地形、植被、坡向、動物以及區(qū)域差異的影響[11-13]。草地生態(tài)系統(tǒng)中地上、地下資源的有效性呈高度的時空異質(zhì)性，存在很強的空間異質(zhì)性規(guī)律[14]。

新疆天然草地面積遼闊，資源豐富，總面積 5 725.87 萬hm2，占全國草地總面積的14.60 %，占新疆國土總面積的 34.44 %，居全國第3位[15-16]。昭蘇縣天然草地面積為527 991.7 hm2，是全疆的優(yōu)質(zhì)牲畜種源基地。察布查爾錫伯自治縣是新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州直屬縣之一[17]，草地面積為266 824.53 hm2。察布查爾縣和昭蘇縣具有不同的降雨量、植被類型、土壤類型、溫度等環(huán)境條件。因此按照不同坡向來研究無機態(tài)氮與理化性質(zhì)空間異質(zhì)性以及它們之間的相關(guān)性，可能呈現(xiàn)明顯的差異性。筆者選擇昭蘇與察布查爾縣草地土壤為研究對象，研究了土壤無機態(tài)氮與理化性質(zhì)空間異質(zhì)性及它們之間的相關(guān)性，分析伊犁草地土壤無機態(tài)氮與理化性質(zhì)在不同海拔高度、坡向、土壤剖面層次下垂直分布特征與趨向，以期為伊犁草原生態(tài)保護、土壤氮循環(huán)和退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建提供理論依據(jù)和實踐價值。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況試驗在伊犁草原區(qū)域上進行(昭蘇縣和察布查爾縣為主)(圖1)。昭蘇縣位于新疆伊犁哈薩克自治州西南部，特克斯—昭蘇盆地西段(80°08′～81°30′ E，43°09′～43°15′ N)。昭蘇盆地年均氣溫2.0～2.5 ℃，年均降水量500～650 mm，其中60%集中于6—8月，年蒸發(fā)量1 000 mm左右，干燥度1.0。察布查爾縣(80°31′～81°43′ E,43°17′～43°57′ N)屬于大陸性北溫帶溫和干旱氣候，年均氣溫7.9 ℃，年均降水量206 mm。昭蘇縣和察布查爾縣天然草地面積分別為527 991.70、266 824.53 hm2，是全疆優(yōu)質(zhì)牲畜種源基地，以游牧方式利用草地資源，因草地載畜量過重、草地利用和管理措施不當(dāng)而引起不同程度草地的退化。研究區(qū)物種組成見表1。

圖1 研究區(qū)采樣點分布Fig.1 The distribution map of sampling points

采樣地點Sampling points植被類型Vegetation types地理坐標(biāo)Geographical coordinates海拔高度Altitude Grassland∥m草地土壤類型Soil types荒漠草原Desert grassland 小山蒜 Allium pallasii Murray.43°11'46″N1 400～1 700山地草原土角果黎Ceratocarpus arenarius Linn.81°7'38″E伊犁絹蒿Seriphidium transiliense葶藶Draba nemorosa典型草原Typical grassland老鸛草 Erodium wilfordii Maxim.42°44'10″N1 700～2 200森林草原土灰綠黎Chenopodium glaucum L.81°3'98″E車前Plantago asiatica L.野草莓Fragria vesca L.野胡蘿卜Daucus carota細葉鳶尾Iris tenuifolin Pall. 雨衣草Alchemilla japonica N& H. 鐵桿蒿Artemisia sacrorum.箭頭唐松草Thalictrum simplex L.千葉蓍Achillea millefolium.鶴虱Carpesium abrotanoides L.沙生針茅Stipa glareosa P.Smirn.高寒草原Alpine grassland伊犁絹蒿Seriphidium terrae Poljak.43°36'22″N2 200～2 800亞高山草甸土葶藶 Draba nemorosa81°01'78″E苔草 Carex moorcroftii Falc.紅三葉 Trifolium pretense L.洽草 Koeleria cristata(L)Pers.蒲公英 Taraxacum mongolicum Hand.

1.2野外采樣與分析2016年7—8月通過查閱大量相關(guān)文獻、衛(wèi)星地圖搜索、信息咨詢以及野外踏查和GPS定位等手段，在伊犁昭蘇(南坡)和察布查爾縣(北坡)草地上從1 400～2 800 m每200 m設(shè)置采樣地，各坡向共設(shè)置8個采樣地，共挖48個草地土壤剖面。每個剖面按從下往上40～60、20～40、0～20 cm土層分別收集土樣并剔除植物根系、石塊、新侵入體后混勻，通過4分法將1 kg左右混合土樣裝入布袋，帶回實驗室風(fēng)干后，過1.00(18目)、0.25 mm(60目)篩用于各氮素形態(tài)的測定。

土壤全氮采用凱氏定氮法(自動凱氏定氮儀K9840)測定；土壤硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法測定；土壤銨態(tài)氮采用靛酚藍比色法測定[16]。

1.3數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2017進行初步整理；經(jīng)過SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進行不同海拔和坡向各氮素形態(tài)的單因素方差分析(ONE-WAY ANOVA)，LSD 多重比較法進行差異顯著性分析，Pearson 相關(guān)系數(shù)評價相關(guān)因子之間的關(guān)系。按每一個樣點的地理位置，通過ArcGIS 10.2進行統(tǒng)計，并制作采樣點分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1海拔和坡向?qū)σ晾绮莸赝寥览砘再|(zhì)垂直變化的影響由表2～4可知，南坡草地土壤含水量、容重、pH隨海拔梯度的變化：0～20 cm土層時，分別為10.89%～33.03%、0.53～1.61 g/cm3、6.14～8.42；20～40 cm土層時，分別為11.2%～33.55%、0.75～1.35 g/cm3、6.25～8.5；40～60 cm土層時，分別為9.17%～41.62%、0.81～1.4 g/cm3、6.72～8.26。北坡草地土壤含水量、容重、pH隨海拔梯度的變化：0～20 cm土層時，分別為10.54%～22.09%、1.12～1.48 g/cm3、5.46～8.55；20～40 cm土層時，分別為9.32%～22.39%、0.91～1.31 g/cm3、5.12～8.5；40～60 cm土層時，分別為6.96%～22.66%、0.61～1.27 g/cm3、6.15～8.55。

0～20 cm土層時，除南坡海拔1 400、1 800、2 200 m處草地土壤含水量顯著小于北坡外(P<0.05)，其余海拔草地土壤含水量呈南坡顯著大于北坡(P<0.05)。除南坡海拔1 400、2 000、2 400、2 600、2 800 m處草地土壤容重顯著小于北坡外，其余海拔草地土壤容重呈南坡顯著大于北坡。除南坡海拔1 400、2 200、2 800 m處草地土壤pH小于北坡外，其余海拔草地土壤pH呈南坡大于北坡。

20～40 cm土層時，除南坡海拔1 800、2 000 m處草地土壤含水量顯著小于北坡外，其余海拔含水量呈南坡大于北坡。在海拔1 400～1 800 m處南坡草地土壤容重大于北坡，在海拔2 000～2 800 m處南坡草地土壤容重顯著小于北坡。除南坡海拔1 400、2 200、2 800 m處草地土壤pH小于北坡外，其余海拔草地土壤pH呈南坡顯著大于北坡。

40～60 cm土層時，在海拔1 800～2 200 m處南坡草地土壤含水量顯著小于北坡，其余海拔草地土壤含水量呈南坡顯著大于北坡。在海拔1 400～2 000 m處南坡草地土壤容重顯著大于北坡，海拔2 200～2 800 m南坡草地土壤容重小于北坡。除南坡海拔1 400、1 800、2 000、2 800 m處草地土壤pH顯著小于北坡外，其余海拔草地土壤pH呈南坡顯著大于北坡(P<0.05)。

表2 南北坡草地0～20 cm土層土壤理化性質(zhì)垂直分布特征

注：同列不同小寫字母表示不同海拔土壤物理性質(zhì)之間差異顯著(P<0.05)

Notes: The different small letters in the same column represent the significant difference between soil physical properties of different altitudes (P<0.05)

表3 南北坡草地20～40 cm土層土壤理化性質(zhì)垂直分布特征

注：同列不同小寫字母表示不同海拔土壤物理性質(zhì)之間差異顯著(P<0.05)

Notes: The different small letters in the same column represent the significant difference between soil physical properties of different altitudes (P<0.05)

表4 南北坡草地40～60 cm土層土壤理化性質(zhì)垂直分布特征

注：同列不同小寫字母表示不同海拔土壤物理性質(zhì)之間差異顯著(P<0.05)

Notes: The different small letters in the same column represent the significant difference between soil physical properties of different altitudes (P<0.05)

2.2海拔和坡向?qū)Σ莸赝寥廊怪弊兓挠绊懹蓤D2可知， 0～20、20～40、40～60 cm土層時，南坡草地土壤全氮含量在1 400～2 200 m隨海拔升高而顯著上升(P<0.05)，且在2 200 m處達到最大，分別為3.24、1.76、1.12 g/kg，隨后在2 400～2 800 m全氮含量隨海拔升高顯著下降(P<0.05)，并在2 800 m處降至最小，分別為1.15、0.70、0.33 g/kg。

0～20 cm土層時，北坡草地土壤全氮含量在1 400～1 800 m隨海拔升高而增加，且在1 800 m處達到最大，為1.13 g/kg ，其后在2 000～2 800 m隨海拔升高而下降，且在2 800 m處降至最小值0.38 g/kg。

20～40 cm土層時，北坡草地土壤全氮含量在1 400～1 600 m隨海拔升高而升高，并在1 600 m 處達到最大值0.87 g/kg ，隨后在2 000～2 800 m全氮含量隨海拔升高而下降，且在2 800 m處降至最小值0.22 g/kg。

40～60 cm土層時，北坡草地土壤全氮含量在1 400～2 800 m隨海拔升高而下降，且從1 400 m處的最大值0.47 g/kg降至2 800 m處的最小值0.08 g/kg。

除0～20 cm土層時，海拔1 400 m處北坡全氮含量大于南坡外，其余海拔全氮含量均為南坡大于北坡。

圖2 南北坡不同海拔與不同土層草地土壤全氮含量Fig.2 Grassland soil total nitrogen of sunny and shady slope among different altitudes

2.3海拔和坡向?qū)Σ莸赝寥冷@態(tài)氮垂直變化的影響由圖3可知，0～20 cm土層時，除北坡1 800、2 000、2 200 m處草地土壤銨態(tài)氮大于南坡外，其余海拔草地土壤銨態(tài)氮呈南坡大于北坡。南坡草地土壤銨態(tài)氮(41.07～110.17 mg/kg)在1 400～2 800 m隨海拔升高而降低(P<0.05)。北坡草地土壤銨態(tài)氮在1 400～2 800 m隨海拔升高先增加后降低，且在1 800 m處達到最大值132.73 mg/kg，在2 800 m處降至最小值30.84 mg/kg。

20～40 cm土層時，除南坡1 400、2 400、2 800 m處草地土壤銨態(tài)氮大于北坡外，其余海拔草地土壤銨態(tài)氮呈北坡大于南坡。南坡草地土壤銨態(tài)氮(30.84～84.90 mg/kg)在1 400～2 800 m隨海拔升高而降低。北坡草地土壤銨態(tài)氮隨海拔升高先增加后降低，并在1 800 m處達到最大值100.57 mg/kg，在2 800 m處降至最小值28.76 mg/kg。

40～60 cm土層時，除南坡1 400 m處草地土壤銨態(tài)氮大于北坡外，其余海拔草地土壤銨態(tài)氮呈北坡大于南坡。南坡草地土壤銨態(tài)氮(27.64～81.86 mg/kg)在1 400～2 800 m隨海拔升高而下降。北坡草地土壤銨態(tài)氮在1 400～1 800 m隨海拔升高而上升，且在1 800 m 處達到最大值83.3 mg/kg，其后在2 000～2 800 m隨海拔升高而下降，并在2 800 m處降至最小值27.96 mg/kg。

圖3 南北坡不同海拔與不同土層草地土壤銨態(tài)氮含量Fig.3 Grassland soil ammonium nitrogen of sunny and shady slope among different altitudes

2.4海拔和坡向?qū)Σ莸赝寥老鯌B(tài)氮垂直變化的影響由圖4可知，0～20、20～40、40～60 cm土層時，南坡草地土壤硝態(tài)氮在1 400～2 800 m隨海拔升高而顯著降低，且在海拔1 400 m處出現(xiàn)最大值分別為5.21、2.73、1.49 mg/kg，在2 800 m處出現(xiàn)最小值，分別為76.33、45.44、21.42 mg/kg。北坡草地土壤硝態(tài)氮在1 400～2 800 m隨海拔升高而增加，且在海拔1 400 m處出現(xiàn)最小值，分別為2.46、1.43、0.94 mg/kg，在海拔2 800 m處達到最大值，分別為13.8、11.48、6.07 mg/kg。各層土壤硝態(tài)氮在海拔1 400～2 600 m呈南坡大于北坡。

2.5南坡草地土壤無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性由表5～7可知，0～20 cm土層時，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、容重、有機質(zhì)與海拔呈負相關(guān)，即隨海拔的升高而降低，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮隨海拔增加而顯著下降(P<0.01，r=-0.929**、-0.936**)，含水量與海拔呈正相關(guān)(P<0.01，r=0.896**)，即隨海拔升高而顯著上升。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮與含水量呈顯著負相關(guān)(r=-0.920**、r=-0.756*)，與pH、容重呈正相關(guān)。20～40 cm土層時，海拔與銨態(tài)氮、硝態(tài)氮呈顯著負相關(guān)(r=-0.914**、r=-0.766*)，與有機質(zhì)、pH、全氮、容重呈負相關(guān)，即上述指標(biāo)隨海拔升高而下降。含水量與容重呈負相關(guān)(P<0.01，r=-0.862**)，與海拔呈正相關(guān)(P<0.05，r=0.818*)，與pH、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮呈負相關(guān)。有機質(zhì)與含水量、pH呈負相關(guān)，與容重、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮呈正相關(guān)。40～60 cm土層時，海拔與有機質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮呈負相關(guān)，即隨海拔升高而顯著下降(r=-0.854**、r=-0.717*、r=-0.711*)，有機質(zhì)與含水量呈負相關(guān)，與容重，pH、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮呈正相關(guān)。含水量與容重、pH、全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮呈負相關(guān)，銨態(tài)氮與硝態(tài)氮呈正相關(guān)(P<0.01，r=0.874**)。

表5 南坡0～20 cm土層無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性

注：*和**分別表示 0.05 和 0.01水平顯著相關(guān)

Note: * and**represent 0.05 and 0.01 significance levels，respectively

表6 南坡20～40 cm土層無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性

注：*和**分別表示 0.05 和 0.01 水平顯著相關(guān)

Note: * and**represent 0.05 and 0.01 significance levels，respectively

2.6北坡草地土壤無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性由表8～10可知，0～20 cm土層時，海拔與含水量、容重、硝態(tài)氮呈正相關(guān)，與有機質(zhì)、pH、全氮、銨態(tài)氮呈負相關(guān)，即全氮與銨態(tài)氮隨海拔升高而顯著下降(r=-0.911**、r=-0.707*)。除有機質(zhì)與pH、硝態(tài)氮呈負相關(guān)外，其余指標(biāo)呈正相關(guān)，含水量與硝態(tài)氮呈正相關(guān)(P<0.05，r=0.814*)，銨態(tài)氮與全氮呈正相關(guān)，即隨全氮的增加而顯著上升(P<0.01，r=0.895**)。20～40 cm土層時，海拔與有機質(zhì)、pH、全氮、銨態(tài)氮呈負相關(guān)，與含水量、容重、硝態(tài)氮呈正相關(guān)。全氮隨海拔升高而顯著下降(P<0.01，r=-0.881**)。有機質(zhì)與含水量、全氮、銨態(tài)氮呈正相關(guān)，與容重、硝態(tài)氮呈負相關(guān)。容重與pH呈負相關(guān)(P<0.01，r=-0.869**)，與含水量正相關(guān)(P<0.05，r=0.776*)。全氮與銨態(tài)氮呈正相關(guān)(P<0.01，r=0.856**)，與硝態(tài)氮呈負相關(guān)。40～60 cm土層時，海拔與含水量、硝態(tài)氮呈正相關(guān)，與有機質(zhì)、容重、pH、全氮、銨態(tài)氮呈負相關(guān)，即含水量、全氮隨海拔升高而顯著下降(r=0.812*、r=-0.997**)。除有機質(zhì)與硝態(tài)氮呈負相關(guān)外，與其余指標(biāo)呈正相關(guān)。含水量與容重、pH、全氮、銨態(tài)氮呈負相關(guān)，與硝態(tài)氮呈正相關(guān)，即全氮隨含水量增加而顯著下降(P<0.05，r=-0.812*)。全氮與銨態(tài)氮呈正相關(guān)，與硝態(tài)氮呈負相關(guān)。容重與硝態(tài)氮呈顯著負相關(guān)(P<0.01，r=-0.844**)。

表7 南坡40～60 cm土層無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性

注：*和**分別表示 0.05 和 0.01 水平顯著相關(guān)

Note: * and**represent 0.05 and 0.01 significance levels，respectively

表8 北坡0～20 cm土層無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性

注：*和**分別表示 0.05 和 0.01 水平顯著相關(guān)

Note: * and**represent 0.05 and 0.01 significance levels，respectively

表9 北坡20～40 cm土層無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性

注：*和**分別表示 0.05 和 0.01 水平顯著相關(guān)

Note: * and**represent 0.05 and 0.01 significance levels，respectively

3 討論

3.1土壤無機態(tài)氮與理化性質(zhì)隨土層厚度變化研究表明，土壤理化性質(zhì)在垂直地帶性上存在明顯分異特征[9]。該研究結(jié)果表明，0～20 cm土層土壤無機態(tài)氮與理化性質(zhì)優(yōu)于中層(20～40 cm)和深層(40～60 cm)，這可能是表層土壤植被根系發(fā)達，土壤中水分含量豐富，植被覆蓋度高，年度凋落物量多，形成大量有機質(zhì)，在微生物積極活動下表層中豐富的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化無機態(tài)氮。同時，腐殖質(zhì)層變厚，使表層土壤比深層土壤更為疏松，孔隙度較高。南坡低海拔處，含水量隨土壤剖面加深而增加，而在中和高海拔處，含水量隨土壤剖面加深而顯著降低(P<0.05)。原因可能是，低海拔處地下水位高，且土壤剖面較深，使土壤水分保持在深層。南坡各海拔土壤容重隨土壤剖面加深而增加，上層與底層土壤容重差異顯著(P<0.05)，中層與底層土壤容重相近(P>0.05)，原因可能是上層土壤腐殖質(zhì)層厚，土壤孔隙度較高，較疏松。南坡pH在1 400～2 000 m隨土壤剖面加深而降低，上層與底層土壤pH差異顯著(P>0.05)，而在2 200～2 800 m pH隨土壤剖面加深而顯著增加(P<0.05)，原因可能是，高海拔處溫度低，水分蒸發(fā)量少，因植被覆蓋度小，即根系不發(fā)達而水分消耗量少。在土層深度上，除非毛管孔隙度、滲透性能外，其余各項指標(biāo)均呈較強的分異特征。

表10 北坡40～60 cm土層無機態(tài)氮與理化性質(zhì)的相關(guān)性

注：*和**分別表示 0.05 和 0.01 水平顯著相關(guān)

Note: * and**represent 0.05 and 0.01 significance levels，respectively

北坡1 400～1 800 m含水量隨土壤剖面加深而顯著降低(P<0.05)，2 000～2 800 m含水量隨土壤剖面加深而顯著增加(P<0.05)，原因可能是陰坡降雨量少，較干旱，低海拔處溫度高，土壤蒸發(fā)較強，而高海拔處溫度較低，土壤水分蒸發(fā)較弱。土壤容重在海拔1 400～2 800 m隨土壤剖面加深而上升，原因可能是表層土壤植物根系發(fā)達，孔隙度高，腐殖質(zhì)層厚，土壤較為疏松。北坡pH隨土壤剖面加深而降低，上層與底層pH差異顯著(P<0.05)，中層與底層pH相近(P>0.05)，原因可能是，北坡中和高海拔土壤含水量隨土層厚度增加而增加，含水量較高使pH低。由此可見，在土層深度上，南北坡無機態(tài)氮與物理指標(biāo)與李明明[18]在黃土高原小流域上，黃文娟等[19]在鼎湖山5種森林土壤上，鐘國輝等[20]在西藏米拉山區(qū)域土壤上，王斌等[21]在賀蘭山西坡不同海拔梯度土壤上進行的研究結(jié)果一致。

3.2土壤無機態(tài)氮與物理性質(zhì)沿海拔梯度變化楊帆等[22]研究了迭部扎尕那地區(qū)山地土壤的垂直分帶性，認(rèn)為扎尕那地區(qū)土壤山地特征非常明顯，隨海拔升高呈規(guī)律性垂直分布特征，何方永等[23]研究了岷江冷杉原始林土壤物理性質(zhì)與海拔梯度的關(guān)系，認(rèn)為土壤物理性質(zhì)隨海拔梯度變化突出。目前，土壤無機態(tài)氮與物理性質(zhì)空間異質(zhì)性研究大部分集中于森林土壤，而草原土壤上進行的研究鮮見報道。該研究結(jié)果表明，陽坡典型草原土壤，同一土層厚度時，除全氮隨海拔升高呈先升高后降低趨勢外，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮隨海拔升高而減少，且與海拔呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)。原因可能是隨海拔升高南坡溫度降低，土壤水分含量增加而土壤通氣性變差，抑制植物根系的發(fā)達，也抑制微生物和其他土壤動物的活動性而減少回歸土壤的凋落物量，降低土壤腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化成礦化氮的速度。北坡草地土壤，同一土層厚度時，全氮和銨態(tài)氮低海拔處隨海拔升高而上升，但中和高海拔處隨海拔升高而降低，且與海拔呈顯著負相關(guān)(P<0.05)，這可能是北坡中海拔處土壤水分不足，土壤pH偏高，抑制土壤微生物的生長，而表層土壤凋落物不能按時腐爛分解和轉(zhuǎn)化無機態(tài)氮。高海拔處溫度低，空氣稀少，土壤濕度高而植物稀少等原因造成氮含量的下降。

南坡土壤物理性質(zhì)中，含水量與海拔呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，即隨海拔升高而上升，這是由于昭蘇縣年度降雨量較高所引起的，且隨海拔升高溫度降低，土壤水分蒸發(fā)速度較慢。容重與海拔呈顯著負相關(guān)(P<0.05)，容重與含水量呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)，這可能是隨海拔升高溫度降低，植物群落變少，植物根系不能長入土壤深層，水分增加，土壤孔隙度降低，土壤動物變少等使土壤容重下降，提高土壤緊密度，而降低土壤通氣性。pH隨海拔升高而減少，且與海拔呈負相關(guān)，這可能與土壤類型有關(guān)，因為隨海拔升高土壤類型也有變化，不同土壤類型酸堿度有所不同。北坡土壤物理性質(zhì)中，含水量與海拔呈正相關(guān)，即隨海拔升高而上升，這可能是察布查爾縣降雨量較低，但高海拔處因溫度低而土壤水分蒸發(fā)速度比低海拔處更慢，并降雨后能長期保持水分。土壤容重與海拔呈負相關(guān)，即隨海拔升高容重降低，這可能是隨海拔升高土壤表面上植被覆蓋度降低，表層上植物根系變少，表層土壤腐殖質(zhì)層變薄，土壤孔隙度變低等原因引起的。由此可知，在海拔梯度上，除南坡硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、含水量垂直分異規(guī)律較強外，其余各指標(biāo)均呈一般的分異特征，北坡除全氮、銨態(tài)氮、含水量垂直分異規(guī)律較強外，其余各指標(biāo)均呈一般的分布特征。南北坡草原土壤無機態(tài)氮與物理性質(zhì)隨海拔梯度垂直變化具有差異，尤其是硝態(tài)氮垂直變化特征相反，這可能昭蘇縣和察布查爾縣不同的降雨量、氣溫、植被密度、氣候等環(huán)境條件有關(guān)。這與朱建奎等[24]對太岳山種典型森林，鄧邦良等[25]對武功山山地草甸土壤，黃群山等[26]對武夷山山地土壤中的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

坡向、海拔、土層厚度等對土壤性質(zhì)垂直分布特征的影響較大。0～20、20～40、40～60 cm土層時，南坡銨態(tài)氮與硝態(tài)氮在海拔1 400～2 800隨海拔升高而顯著下降(P<0.05)，與海拔呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。南坡0～20、20～40 cm土層土壤含水量隨海拔升高而顯著增加(r=0.896**、r=0.818*)。表層土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮與含水量呈顯著負相關(guān)(r=-0.920**、r=-0.756*)，表層土壤含水量對無機態(tài)氮垂直分布特征的影響大于中、底層。南坡草地土壤物理性質(zhì)中含水量對無機態(tài)氮垂直分布特征的影響明顯。

北坡全氮、銨態(tài)氮在1 400～1 800 m隨海拔升高而上升，其后在2 000～2 800 m隨海拔升高而顯著下降(P<0.05)，并在0～20 cm土層時，全氮、銨態(tài)氮與海拔呈極顯著負相關(guān)(r=-0.911**、r=-0.707*)，有機質(zhì)與全氮、銨態(tài)氮呈顯著正相關(guān)(r=0.795*、r=0.875**)。北坡硝態(tài)氮在海拔1 400～2 800 m隨海拔升高而增加，與海拔呈正相關(guān)。陰坡草地土壤物理性質(zhì)對無機態(tài)氮垂直變化的影響不明顯。

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