鹽堿草甸植被退化對土壤硝化作用強度的影響

翟輝亮, 張麗輝, 王 貴, 谷天何, 王新宇, 廖玉杰, 鄭力溥

(長春師范大學 生命科學學院, 長春 130032)

1 研究區概況

樣地設置在吉林省雙遼市臥虎鎮左嶺村東泰牧場，該區域位于松嫩平原西部，為科爾沁沙地東緣，多為蘇打鹽堿地，土壤質地多為黏土，海拔150 m，北緯43°46′48″,東經123°41′58″，屬大陸季風性氣候。全年熱量充足，光照充沛，降水偏少，四季氣候分明，雨熱同步。

2 材料與方法

2.1 樣地設置

選取4個不同恢復階段的典型植物群落為研究對象：(1) 未退化(undegraded,Ud)，羊草群落[Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.]；(2) 輕度退化(mild degraded,Md)，退化型羊草群落；(3) 中度退化(moderate degraded,MOd)，星星草群落[Puccinelliatenuiflora(Turcz.)Scribn.et Merr.]；(4) 重度退化(heavy degraded,Hd)，堿斑或堿蓬群落[Suaedasalsa(L.) Pall]。每種典型植物群落，以不作處理為對照(CK)，設置刈割(Cut,C)，施氮(N)，刈割同時施氮(C&N)3種處理模式。刈割處理為：每年8月末將植被地上部分全部割走；施氮處理為：每1 m2每年施加5 g混合氮(硫酸銨∶硝酸鈣=7∶3)，每年5—9月份期間分5次施加。每個處理類型樣地設立5個5 m×5 m的樣方作為平行重復處理。

2.2 取樣方法

土壤樣品采集于2019年7月中旬(植物生長旺季，同步進行植被調查)，在每個樣方內，去除表層土，使用取土器(規格為內徑5 cm，高10 cm)采集0—10 cm土壤，四分法收集適量土壤，根據隨機抽樣的原則，將每個樣方的3點土壤混勻，放入冰盒帶回實驗室。

2.3 測定項目及方法

土壤硝化作用強度采用土漿培養法測定，培養基為CaCO35 g，(NH4)2SO42 g，MgSO4·7H2O 0.03 g，MnSO4·4H2O 0.01 g，使用1 L磷酸鹽緩沖液(pH值=8.34)溶解。接種土壤后，振蕩30 min，初次取樣，作為0 h樣本，緊接著恒溫振蕩培養(180 r/min，28℃)，此后每隔24 h取樣，至168 h結束，采用重氮偶合分光光度法測定亞硝態氮含量，檢測波長520 nm，以亞硝態氮的產生速率計算硝化作用強度。

2.4 數據處理與分析

使用Excel 2010整理數據，利用SPSS 19.0分析與作圖，使用單因素方差分析(One-way ANOVA)對不同植物群落及不同處理類型土壤硝化作用強度與基本理化性質進行差異檢驗(LSD，p<0.05)，逐步回歸分析和相關性檢驗均使用SPSS軟件。

3 結果與分析

3.1 不同處理模式下典型植物群落土壤理化性質

表1 不同處理模式下各退化階段典型植物群落土壤理化性質

3.2 不同退化階段植物群落的多樣性

Shannon-Weiner index用來描述種的個體出現的紊亂和不確定性，不確定性越高，多樣性也就越高。隨著退化程度的加深，典型植物群落的多樣性呈先升高后降低的趨勢(圖1)。刈割處理極顯著提高了羊草群落和退化羊草群落的多樣性，對星星草群落的多樣性也有顯著提高，而對堿蓬群落無顯著影響；施氮處理對4種典型群落多樣性影響不顯著。

3.3 不同處理模式下典型群落的土壤硝化作用強度

未作處理時，星星草群落與堿蓬群落硝化作用強度分別為13.4，13.5 mg/(kg·h)，顯著高于羊草群落和退化羊草群落5.0，2.5 mg/(kg·h)(圖2)。施氮、刈割處理分別使星星草群落土壤硝化作用強度提高253.77%，96.88%，且混合處理使其土壤硝化作用強度提高413.70%，說明兩種處理可顯著提高星星草群落土壤硝化作用強度，且具有疊加效應；施氮、刈割單獨處理時，羊草群落土壤硝化作用強度分別提高61.69%，44.75%，但混合處理時反而降低23.62%；刈割、施氮兩種處理對退化羊草群落和堿蓬群落土壤硝化作用強度無顯著影響。

圖1 不同處理模式下各退化階段典型植物群落的物種多樣性

圖2 不同處理模式下各退化階段典型植物群落的土壤硝化作用強度

3.4 土壤硝化作用強度與基本理化性質的關系

表2 土壤硝化強度與基本理化性質的相關系數

為進一步了解在不同退化階段鹽堿草甸草原土壤硝化作用強度與理化性質的關系，以有效磷(x1)、含水量(x2)、硝態氮含量(x3)、土壤pH值(x4)和電導率(x5)為自變量，以土壤硝化作用強度(y)為因變量進行逐步回歸分析，得出最優方程：y=2.02+0.11x1+0.096x2+0.024x3+0.299x4，從該方程中可知，土壤有效磷含量、含水量、硝態氮含量、pH值是土壤硝化作用強度的重要影響因子，這些指標對硝化作用強度的影響強弱為：pH值>有效磷含量>含水量>硝態氮含量。

4 討論與結論

4.1 討 論

4.1.1 刈割與施氮對土壤硝化作用強度的影響 刈割處理使羊草群落、星星草群落土壤硝化作用強度分別提高44.75%，96.88%，施氮處理使其分別提高61.69%，253.77%，蔡祖聰等[21]在土地利用方式對濕潤亞熱帶土壤硝化作用的影響研究中，認為氮肥的施加會促進硝化作用，這與本研究中結論基本一致。兩種處理方式均能提高土壤硝化作用強度，且施氮效應高于刈割，對星星草群落的效應高于羊草群落。但混合處理使星星草群落土壤硝化作用強度提高413.70%，羊草群落卻降低了23.62%，這可能是混合處理對兩種植物群落干擾效應不同造成的。刈割、施氮兩種處理模式均能對植物群落生態系統帶來一系列復雜的影響，其可能為：刈割處理會改變植物群落的物種多樣性(圖1)，使植物群落的物種組成發生了改變，而不同的植物對養分有不同的利用方式，植物的根系分泌物可影響土壤微生物群落的組分和活性；刈割處理還會改變植物枯落物量，影響枯落物對土壤的覆蓋程度、土壤的含水量及枯落物有機質的分解利用等，而施氮處理會顯著影響土壤氮含量和pH值，從而可能對土壤硝化作用產生影響。

4.2 結 論

星星草群落是草甸草原鹽堿化過程中一個重要的植物群落，本研究中發現星星草群落土壤硝化作用強度顯著高于其他植物群落，且外界干擾(割草或施氮肥)對星星草土壤硝化作用強度和一些理化性質影響也很大，由于這種不穩定性，該群落可能是鹽堿草甸草原植被退化或恢復過程的一個關鍵的階段，對該群落的研究可作為一個研究鹽堿草甸草原的一個突破點；同時，星星草的根系分泌物中很可能存在硝化作用的促進劑，無論是在農業生產還是環境保護方面，硝化促進劑都具有一定的潛在價值，對于此種物質的定性和具體應用還需進一步的研究。