孟婷婷武丹

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；5.自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075)

靖邊北部風(fēng)沙灘區(qū)，位于毛烏素沙漠南端，氣候干燥，降水少，風(fēng)沙嚴(yán)重，土壤質(zhì)量不高，林地退化嚴(yán)重，低效林地面積大，林地退化導(dǎo)致了植被-土壤等的一系列變化，而植被-土壤的變化又影響著土壤養(yǎng)分。因此對(duì)該地區(qū)土壤養(yǎng)分的探究及土壤資源的準(zhǔn)確掌握具有緊迫的現(xiàn)實(shí)需求[1]。

在生態(tài)系統(tǒng)中，植被與土壤間存在著相互依賴和相互制約的關(guān)系，植被的發(fā)生、發(fā)育及演替的方向與速度會(huì)受到土壤理化性質(zhì)的影響，反過來土壤理化性質(zhì)又會(huì)因植物群落的演變而發(fā)生改變[2]。大量研究表明，植被對(duì)土壤質(zhì)地、容重、孔隙和有機(jī)質(zhì)等土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)等性質(zhì)有著重要的影響[3,4]，同時(shí)，植被還對(duì)土壤有改良作用，主要是通過其根系活動(dòng)和枯落物的分解來直接增加土壤有機(jī)養(yǎng)分的含量[5]。王國(guó)會(huì)等[6]研究表明，黃土丘陵溝壑區(qū)自然恢復(fù)草地不同演替階段土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷增加，其全氮、有效氮和速效鉀含量也隨著植被演替的進(jìn)行在不斷增加。此外，植被類型也影響著土壤結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定[7]。蔣倩等[7]研究表明，在環(huán)境條件相似、適宜本研究區(qū)植被生長(zhǎng)的區(qū)域，以馬尾松為主的植被類型在枯落物養(yǎng)分含量、養(yǎng)分潛在歸還量等方面較其他植被類型均有一定優(yōu)勢(shì)，在改良土壤養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)、減緩水土流失方面均有較高貢獻(xiàn)。在以往的研究中，對(duì)植被與土壤的關(guān)系研究多集中在植被人工或自然恢復(fù)對(duì)土壤理化性質(zhì)等的影響，對(duì)林地退化后，形成的低效林與土壤養(yǎng)分之間作用關(guān)系研究較少。并且，氮素是植被生態(tài)系統(tǒng)的主要限制資源，與植物的光合作用和細(xì)胞分裂密切相關(guān)，對(duì)植被生態(tài)系統(tǒng)的組成、生產(chǎn)力和生態(tài)功能起著決定性的作用[9]。

由于靖邊縣干旱、半干旱等地區(qū)的降水較為稀少，季節(jié)性分配不均勻，蒸發(fā)較強(qiáng)，土壤中氮的生成和變化規(guī)律也不同。為了及時(shí)掌握陜北風(fēng)沙區(qū)低效林地土壤全氮含量分布現(xiàn)狀，本研究以靖邊北部低效林地為研究對(duì)象，開展土壤全氮分布研究，可為旱區(qū)植被的健康可持續(xù)發(fā)展提供一定的科學(xué)指導(dǎo)意義。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省靖邊縣北部風(fēng)沙灘區(qū)，介于N36°58′45″～38°03′15″，E108°17′15″～109°20′15″，處于毛烏素沙漠南緣，地勢(shì)南高北低，西高東低。該區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，晝夜溫差大，無霜期短，雨水少，多風(fēng)沙。年平均氣溫7.8℃，最熱月(7月)平均氣溫22.2℃，最冷月(1月)平均氣溫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%，年平均蒸發(fā)量1930mm，降水量與蒸發(fā)量年內(nèi)分配不均。土壤類型主要為風(fēng)沙土，研究區(qū)總面積27.9910hm2，其中，喬木林地2.0101hm2，灌木林地10.7027hm2，其他地3.1587hm2。

1.2 樣地劃定

綜合前期調(diào)研勘探，選擇靖邊縣北部風(fēng)沙灘區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)5個(gè)區(qū)域作為采樣區(qū)域，如圖1所示，采樣區(qū)常見的植被類型有檸條、沙棘、沙柳。

圖1 樣地分布位置示意圖

1.3 土壤樣品采集與測(cè)定

根據(jù)各區(qū)域面積大小，在紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)分別采集土樣為14、10、11、6和8個(gè)，采用口徑40mm的土鉆人工采樣，采樣深度為0～20cm和20～40cm，采集的土樣挑出植物根系和石礫，裝入自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。帶回實(shí)驗(yàn)室的土樣自然風(fēng)干后過0.149mm和2mm篩子，分別用于土壤全氮和顆粒組成的測(cè)定，土壤全氮測(cè)定方法根據(jù)鮑士旦[10]主編的《土壤農(nóng)化分析》半微量凱氏法。土壤顆粒組成采用馬爾文激光粒度儀(Mastersizer 3000，Malvern Instruments Ltd)測(cè)定，土壤質(zhì)地分類按美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；黏粒、粉粒和砂粒粒徑分別為≤0.002mm、0.002～0.05mm和0.05～2mm。

1.4 土壤全氮分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

土壤全氮分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]，如表1所示。

表1 土壤全氮分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)處理和分析采用Excel 2010和Spss 22.0，作圖采用Origin 2018，風(fēng)沙區(qū)土壤全氮含量數(shù)據(jù)為5個(gè)鎮(zhèn)土壤全氮平均值，方差分析用來比較0～20cm和20～40cm土層土壤全氮差異性。

數(shù)據(jù)變異性：變異系數(shù)低于10%為弱變異；10%～30%為中等變異；高于30%為強(qiáng)變異[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤顆粒組成分布特征

由表2可知，0～20cm和0～40cm土層，各鎮(zhèn)土壤黏粒含量極低最大值僅為1.97%，砂粒含量較高最小值35.49%，該區(qū)域的土壤質(zhì)地主要為砂土、砂壤土、壤砂土，極個(gè)別點(diǎn)土壤質(zhì)地為粉壤土。

表2 靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)各鎮(zhèn)土壤顆粒組成分布特征

2.2 土壤全氮含量分布統(tǒng)計(jì)分析

由表3可知，紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)和整個(gè)風(fēng)沙區(qū)土壤全氮含量在0～20cm土層的平均值分別為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，東坑鎮(zhèn)土壤全氮含量較高于其他鎮(zhèn)，其他各區(qū)域差異不大。在20～40cm土層，土壤全氮的平均值分別為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，黃蒿界鎮(zhèn)土壤全氮含量較其他鎮(zhèn)略低，東坑鎮(zhèn)含量較高。研究區(qū)域土壤全氮變異系數(shù)均大于30%，屬?gòu)?qiáng)變異，說明土壤全氮含量空間分布差異較大，主要是由于植被類型和種植密度不同造成的。

表3 靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)各鎮(zhèn)土壤全氮含量描述性統(tǒng)計(jì)

5個(gè)鎮(zhèn)土壤全氮最大值范圍為0.280～0.781g·kg-1，均值范圍為0.113～0.431g·kg-1，中位數(shù)范圍為0.085～0.342g·kg-1，參照全國(guó)第二次土壤養(yǎng)分普查分級(jí)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)域土壤全氮含量最大值處于4級(jí)缺乏等級(jí)，平均含量水平處于6級(jí)極缺乏等級(jí)，說明低效林地土壤極度貧瘠。主要是因?yàn)樵搮^(qū)域的土壤質(zhì)地為砂土和砂壤土，漏水漏肥；此外，該區(qū)域惡劣的氣候條件，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

由圖2可知，靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)和東坑鎮(zhèn)5個(gè)鎮(zhèn)以及風(fēng)沙區(qū)土壤全氮含量在0～20cm和20～40cm無顯著性差異(p<0.05)。一般來說，土壤全氮含量隨著土壤深度的增加逐漸減少，本研究土壤全氮隨著土壤深度的增加變化不大，且在表層0～20cm與20～40cm無顯著性差異，這與弓文艷等[13]和李龍等[14]的研究也不相同。主要原因：研究區(qū)域?yàn)轱L(fēng)沙區(qū)，部分地區(qū)在表層被深厚的黃沙覆蓋，以至于表層0～20cm沙含量較多，養(yǎng)分儲(chǔ)蓄量較少；因?yàn)樵诓杉翗訒r(shí)，在每個(gè)區(qū)域采集的植被類型較多且分散，深根系和淺根系植被同時(shí)存在，也導(dǎo)致了表層0～20cm和20～40cm土層土壤全氮的差異。

圖2 靖邊縣各鎮(zhèn)不同深度土壤全氮含量分布

3 結(jié)論

靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)紅墩界鎮(zhèn)、海則灘鎮(zhèn)、黃蒿界鎮(zhèn)、檸條梁鎮(zhèn)、東坑鎮(zhèn)和整個(gè)風(fēng)沙區(qū)土壤全氮含量在0～20cm土層的平均值分別為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，東坑鎮(zhèn)土壤全氮含量較高于其他鎮(zhèn)。在20～40cm土層，土壤全氮的平均值分別為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，黃蒿界鎮(zhèn)土壤全氮含量較其他鎮(zhèn)略低，東坑鎮(zhèn)含量較高。參照全國(guó)第二次土壤養(yǎng)分普查分級(jí)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)域土壤全氮平均含量水平處于6級(jí)極缺乏等級(jí)，低效林地土壤極度貧瘠。

研究區(qū)土壤全氮含量隨土壤深度的增加變化不大，且在0～20cm和20～40cm土層無顯著性差異。

本文對(duì)靖邊縣北部風(fēng)沙區(qū)低效林地土壤氮素養(yǎng)分的研究，對(duì)該區(qū)域土地綜合整治具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，可為該區(qū)域低效林地的整治提供理論依據(jù)——根據(jù)地力水平宜耕則耕，宜林則林，宜草則草。

本文在分析土壤全氮含量時(shí)是以鎮(zhèn)為單位，忽略了對(duì)植被類型的細(xì)化，進(jìn)一步的研究可從風(fēng)沙區(qū)植被類型入手。