莫治新,閆 莎,金 慧,喻高明,張金龍,艾可然木·亞森,韋良煥

(喀什大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 喀什 844006)

荒漠河岸林是荒漠區(qū)的重要森林資源，是干旱地區(qū)維持生態(tài)的天然屏障[1]。土壤水分作為荒漠區(qū)植被地下生境的關(guān)鍵因子，其變化直接影響植被的生長(zhǎng)[2]。氮素作為重要的營(yíng)養(yǎng)元素，不僅影響植物生長(zhǎng)也影響環(huán)境，在自然生態(tài)系統(tǒng)中，除固氮植物和一部分可直接利用有機(jī)氮的植物之外，其他所有植物的氮素來(lái)源主要是土壤有機(jī)氮的礦化[3]。土壤水分是影響土壤氮素礦化的關(guān)鍵因素，已成為氮轉(zhuǎn)化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[4]。研究表明，土壤氮礦化量和氮有效性隨土壤水勢(shì)(在一定范圍內(nèi))的增加而增加，當(dāng)土壤含水量接近田間持水量時(shí)氮礦化量最大[5]。草原和森林土壤水分變化量與土壤凈氮礦化速率呈正相關(guān)，但受溫度和含水量范圍的影響[6]。另外，隨著化肥生產(chǎn)工業(yè)及農(nóng)牧業(yè)的快速發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)向大氣中排放的含氮化合物日益增多，通過(guò)大氣干濕沉降進(jìn)入陸地生態(tài)系統(tǒng)的含氮化合物也大量增加[7]。土壤中增加的這部分含氮化合物必然會(huì)影響原有土壤氮素的礦化量。目前，對(duì)于土壤氮素礦化的研究主要集中在外源氮素對(duì)草地氮素礦化的影響[8]、土壤氮素礦化過(guò)程[9]、不同耕作方式下土壤氮素礦化和硝化特征[10]及水分因素對(duì)綠洲荒漠過(guò)渡帶土壤氮礦化的影響[11]等方面，對(duì)極端干旱、降水稀少、蒸發(fā)量大、土壤水分主要來(lái)源于地下水補(bǔ)給的荒漠區(qū)土壤氮素礦化研究較少[11]，而關(guān)于荒漠區(qū)氮沉降對(duì)不同含水量土壤氮素礦化的影響研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，以喀什地區(qū)澤普縣荒漠河岸林土壤為研究對(duì)象，采用室內(nèi)模擬方法，研究氮沉降對(duì)不同含水量土壤氮素礦化的影響,以期為新疆喀什荒漠區(qū)土壤氮素及水分合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究在新疆喀什地區(qū)澤普縣荒漠河岸林進(jìn)行，地下水位為1 m。澤普縣位于新疆西南部，昆侖山北麓，喀喇昆侖山東側(cè)，塔克拉瑪干沙漠的西緣，地處東經(jīng)76°52′00″～77°29′30″ 、 北緯37°57′～38°19′，海拔1 215～1 490 m。西以葉爾羌河為界，同莎車(chē)縣相望，東和東南隔提孜那甫河與葉城縣為鄰，西南接葉城縣界。澤普縣屬暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫為11.4 ℃，極端最高氣溫為39.5 ℃，極端最低氣溫為-22.7 ℃[12]。

1.2 土樣采集

在荒漠河岸林選擇植被覆蓋度40%的區(qū)域，用土鉆采集0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm共5個(gè)土層土壤樣品，每層樣品取10點(diǎn)進(jìn)行混合，然后取3 kg裝入標(biāo)記清楚的自封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬氮沉降對(duì)不同含水量土壤礦質(zhì)氮含量的影響

由圖1可知，在土壤含水量分別為0、20%、40%、60%的條件下，氮沉降處理土壤礦質(zhì)氮含量分別為55.67、69.96、60.27、63.07 mg/kg，均高于CK(38.86、34.85、36.09、35.21 mg/kg)，其中，土壤培養(yǎng)7 d時(shí)，兩處理礦質(zhì)氮含量均達(dá)到最大值，分別為105.57、103.35、101.78、103.26 mg/kg和103.38、87.31、87.59、84.21 mg/kg。

2.2 模擬氮沉降對(duì)不同含水量土壤凈硝化速率的影響

由圖2可知，土壤含水量為0時(shí)，CK土壤凈硝化速率[0.008 mg/(kg·d)]高于氮沉降處理[-0.03 mg/(kg·d)]，其中，土壤培養(yǎng)7 d時(shí)，CK土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為0.13 mg/(kg·d)；土壤培養(yǎng)14 d時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為0.14 mg/(kg·d)。土壤含水量為20%時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率[ 0.14 mg/(kg·d)]高于CK[0.02 mg/(kg·d)]，其中，土壤培養(yǎng)14 d時(shí)，CK土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為0.17 mg/(kg·d)；土壤培養(yǎng)28 d時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為0.51 mg/(kg·d)。土壤含水量為40%時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率[0.43 mg/(kg·d)]高于CK[0.04 mg/(kg·d)]，其中,土壤培養(yǎng)14 d時(shí),CK土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為0.28 mg/(kg·d)；土壤培養(yǎng)28 d時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為0.88 mg/(kg·d)。

圖1 模擬氮沉降對(duì)不同含水量土壤礦質(zhì)氮含量的影響

圖2 模擬氮沉降對(duì)不同含水量土壤凈硝化速率的影響

土壤含水量為60%時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率[0.41 mg/(kg·d)]高于CK[-0.01 mg/(kg·d)]，其中，土壤培養(yǎng)14 d時(shí)，CK土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為0.21 mg/(kg·d)；土壤培養(yǎng)28 d時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，為1.13 mg/(kg·d)。

2.3 模擬氮沉降對(duì)不同含水量土壤凈礦化速率的影響

由圖3可知，在土壤含水量分別為0、20%、40%、60%的條件下，氮沉降處理土壤凈礦化速率分別為1.27、2.05、1.59、1.647 mg/(kg·d)，均高于CK[0.52、0.14、0.03、-0.07 mg/(kg·d)]，其中，土壤培養(yǎng)7 d時(shí)，兩處理礦質(zhì)氮含量均達(dá)到最大值，分別為7.60、7.49、6.99、7.39 mg/(kg·d)和7.54、5.61、5.36、4.96 mg/(kg·d)。

圖3 模擬氮沉降對(duì)不同含水量土壤凈礦化速率的影響

3 結(jié)論與討論

據(jù)報(bào)道，降塵中含有植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)元素[14]，添加氮素顯著增加了土壤無(wú)機(jī)氮庫(kù)[8]。本研究結(jié)果表明，在各種土壤含水量條件下，氮沉降處理土壤礦質(zhì)氮含量均高于CK，與劉碧榮等[8]研究結(jié)果相似。土壤氮素礦化受溫度、土壤水分含量、土壤理化性質(zhì)、土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤生物因素的影響[15]。對(duì)農(nóng)田土壤氮素礦化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量在30%～40%時(shí)土壤氮素礦化量最大[16]。本研究重點(diǎn)探討了土壤含水量對(duì)氮素礦化的影響，結(jié)果表明，土壤含水量為20%時(shí)，氮沉降處理土壤凈礦化速率達(dá)到最大值，這與農(nóng)田土壤氮素礦化研究結(jié)論[16]有一定的差距，這可能是因?yàn)榛哪影读趾娃r(nóng)田氮素礦化對(duì)土壤含水量的需求不同。本研究結(jié)果表明，培養(yǎng)7 d時(shí)，氮沉降處理土壤凈礦化速率達(dá)到最大值。上述結(jié)果說(shuō)明，要加速土壤氮素礦化，土壤應(yīng)培養(yǎng)一定時(shí)間，同時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)土壤水分至田間持水量的20%。

本研究結(jié)果表明，土壤含水量為40%時(shí)，氮沉降處理土壤凈硝化速率達(dá)到最大值，即土壤凈硝化速率達(dá)到最大值時(shí)的土壤含水量閾值為40%。在土壤含水量分別為20%、40%、60%的條件下，培養(yǎng)28 d時(shí)，土壤凈硝化速率均達(dá)到最大值。說(shuō)明要提高土壤氮素的凈硝化速率，要培養(yǎng)一定時(shí)間，同時(shí)要調(diào)節(jié)土壤水分至田間持水量的40%。