高山冬季不同海拔對土壤養分特征和微生物生物量的影響

王雪玲 胡霞

摘 要 在四川省峨眉山選擇4個不同的海拔采集土壤樣品，測定土壤溫度、含水量、微生物量和土壤養分含量。發現隨著海拔梯度的增加，土壤溫度呈下降趨勢，含水量在中等海拔處最高，全鉀呈現不規則變化趨勢，OM、全氮、NH4+-N、NO3--N、MBC和MBN含量在海拔2 400 m的土壤中最高。這些結果表明峨眉山未凍結土壤的高海拔處雖然溫度較低，但是土壤中有機質和礦物營養水平較高，能為非生長季和來年春季植物的生長提供充足的營養。

關鍵詞 海拔;冬季;微生物量;土壤養分;峨眉山

土壤在冬季甚至在冰雪下都有著旺盛的生命力[1-3]，即使土壤被凍結，土壤微生物也并沒有休眠，其生命活動仍在繼續[4]。微生物的活動不可避免地影響著冬季凋落物的分解過程，對土壤中有效碳源的動態變化有著重要影響，最終影響著土壤營養和物質循環過程[5]。高山生態環境有3～5個月的寒冷季節，其高山冬季土壤生態過程研究卻相對不足，已有的研究也主要集中在北美和北歐的一些國家。作為世界“第三極”的青藏高原，這方面的工作在近年來開始起步[2-4，6-7]。然而作為典型高山地貌的峨眉山卻未見相關研究。峨眉山海拔3 099 m，地形復雜，植物種類繁多，超過3 000種，垂直帶譜明顯，形成了多種復雜的植物小環境，造就了土壤性質的極大差異。以峨眉山高山土壤為研究對象，對不同海拔梯度下冬季土壤養分特征和微生物量進行研究，以彌補峨眉山相關方面信息空缺。

1 研究區域和研究方法

1.1 研究區域

2018年12月，在峨眉山4個典型植被帶（890 m、1 800 m、2 400 m、3 020 m）隨機選擇4個20 m×20 m地塊。

1.2 研究方法

在每一塊樣地設置3個采樣點，用土壤采樣器采集土壤樣品，測定土壤氨氮（NH4+-N）、硝酸氮（NO3-N）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、微生物生物量碳（MBC）和微生物生物量氮（MBN）的含量。采用便攜式土壤溫濕度檢測儀測定了5 cm土壤深度處的土壤溫度和土壤含水量。采用靛酚藍比色法和紫外分光光度法分別測定了NH4+-N和NO3-N的含量。采用氯仿熏蒸-直接萃取法測定MBC和MBN含量。分別采用半微量凱氏定氮法、鉬酸銨分光光度法和火焰光度法分析了OM、TN、TP和TK含量[8]。

2 結果分析

2.1 土壤溫度和土壤含水量分析

如圖1所示，峨眉山土壤溫度隨海拔的升高而逐漸降低。海拔890 m處的土壤溫度最高，達6.83 ℃，3 020 m處海拔的土壤溫度最低，低至-1 ℃。除海拔3 020 m處土壤處于凍結狀態外，其他海拔處土壤均未凍結。土壤含水量隨海拔升高呈不規則變化趨勢。中等海拔梯度（2 400 m和1 800 m）土壤含水量較高，分別達到29.35%和20.30%。在最高海拔處，土壤含水量最低，為11.50%。

2.2 土壤養分和微生物量分析

如圖2和圖3所示，土壤TN、NH4+-N、NO3-N、MBC和MBN含量有相同的變化趨勢，均表現為在2400 m海拔處最高。然而，不同海拔的土壤TN、NO3-N、MBC和MBN含量均沒有達到統計顯著水平（PTN=0.330，PNO3-N=0.052，PMBC=0.189，PMBN=0.319）。方差分析結果表明，海拔對土壤中NH4+-N含量的影響達到極顯著水平（P=0.004<0.01）。具體表現為，NH4+-N含量在2 400 m海拔處最高，在3 020 m海拔處最低，分別為10.87 g·kg-1和5.38 g·kg-1。隨著海拔升高，土壤全磷含量呈緩慢增加的趨勢，在3 020 m處達到最大值2.10 g·kg-1。統計分析結果未發現顯著差異（PTP=0.323）。土壤全鉀呈現了不規則的變化趨勢，并在1 800 m海拔處，達到最高，為37.42 g·kg-1，極顯著高于其他海拔樣地的全鉀含量（PTK=0.000<0.01）。

3 結論

海拔梯度及其密切相關的土壤水溫條件對土壤生態有顯著影響。與以前的研究結果一致，峨眉山冬季土壤溫度隨海拔的升高而降低。然而，土壤含水量卻呈現不一致的趨勢。在本研究中，土壤含水量在2 400 m海拔處達到最高，而在3 020 m處含水量明顯降低，這與夏天在這個地區獲得的數據不一致[9]。之前的研究表明，峨眉山夏季土壤含水量隨著海拔的升高而上升[9]。這可能是因為峨眉山冬季海拔3 020 m處表層2～20 cm土壤呈現凍結狀態，這部分土壤水分不能直接被植物所利用，水分檢測儀不能完全檢測到。海拔2 400 m處的樣地屬于峨眉山落葉闊葉針葉樹混交林帶，凋落物數量和種類較多，有機質含量最高。雖然溫度較低，但此處土壤尚未結冰，水分充足，有利于微生物的生長和繁殖，有助于土壤快速礦化，因此此處海拔土壤全氮含量、銨態氮和硝態氮含量均最高，植物所需氮源最充足。而低海拔地區，土壤溫度相對較高，有機物和氮源的消耗也較多，土壤氮含量水平也就較低。本研究中微生物生物量碳氮含量同樣在2 400 m海拔處達到最高，微生物生物量氮含量與土壤含水量顯著相關，但與土壤有機質含量無顯著關聯，這與以前的大多數研究結果存在差異。例如，賀鳴[10]在貢嘎山東坡林地的研究表明，微生物生物量碳氮具有顯著的垂直分布特征，和土壤有機質、全氮關系密切，呈顯著正相關。造成這個結果的原因可能是峨眉山冬季土壤含有豐富的凋落物，各個海拔的土壤樣地均有較高的土壤肥力和豐富的有機質，使得有機質不能成為制約微生物生長和繁殖的關鍵因素。而不同海拔土壤的可利用水分含量顯著不同，尤其在高海拔處水分凍結，可供微生物使用的水分不足，使得水分成為微生物的制約因子。

4 結語

冬季峨眉山土壤有很高的有機質水平和礦物質庫，尤其是在海拔2 400 m的針闊混交林帶表現更為明顯。峨眉山冬季高海拔土壤養分和微生物水平都較高，為非生長季和來年春天植物生長提供了充足的潛在營養。

參考文獻：

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[3] Taylor B R，Jones H G.Litter decomposition under snow cover in a balsam fir forest[J].Can J Bot，1990，68：112-120.

[4] 胡霞，吳寧，尹鵬，等，川西高原季節性雪被覆蓋下凋落物輸入對土壤微生物數量及生物量的影響[J].生態科學，2013，8（3）：97-102.

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[8] 魯如坤.土壤農業化學分析方法[M].北京：中國農業科技出版社，1999.

[9] 胡霞，易難，蔡霜，等.峨眉山不同海拔土壤氮素轉化動態[J].暨南大學學報（自然科學與醫學版），2015，36（5）：378-382.

[10] 賀鳴.貢嘎山東坡林地土壤微生物學特性的研究[D].成都：四川農業大學，2006.

（責任編輯：趙中正）