全 文 ：祁连山中段土壤有机碳和氮素的剖面分布*
耿增超摇 姜摇 林**摇 李珊珊摇 佘摇 雕摇 侯摇 磊
(西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100)
摘摇 要摇 以祁连山中段地区主要土壤类型(棕钙土、灰褐土、栗钙土、高山草甸土)为对象,研
究了不同土壤剖面上有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量的分布规律.结果表明:在祁连山中
段地区,随剖面深度增加,不同土壤类型的有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量均逐渐降低,且
其有机碳、氮素的累积和分解存在差异. 其中,有机碳含量的全剖面平均值在 14郾 01 ~ 41郾 17
g·kg-1,大小顺序为灰褐土>高山草甸土>栗钙土>棕钙土;全氮含量在 1郾 28 ~ 2郾 73 g·kg-1,
为高山草甸土>灰褐土>栗钙土>棕钙土;铵态氮含量在 5郾 80 ~ 8郾 40 mg·kg-1,为棕钙土>高山
草甸土>栗钙土>灰褐土;硝态氮含量在 6郾 57 ~ 15郾 11 mg·kg-1,为栗钙土>高山草甸土>棕钙
土>灰褐土;土壤 C / N在 11郾 33 ~ 19郾 22,为灰褐土>栗钙土>高山草甸土>棕钙土;硝铵比在
1郾 00 ~ 2郾 69,为灰褐土>栗钙土>高山草甸土>棕钙土.在不同的气候、植被和地形(坡位、坡向
等)条件下,同一土壤类型的有机碳和氮素含量有很大差别.土壤有机碳、全氮和铵态氮含量
之间存在极显著正相关,而这三者与硝态氮之间相关性不显著.土壤速效钾含量与铵态氮、硝
态氮呈极显著正相关,速效磷含量与土壤有机碳、全氮和铵态氮呈极显著、显著正相关,而 pH
值、全钾、全磷含量与有机碳和氮素之间无明显相关性.
关键词摇 祁连山摇 土壤剖面摇 有机碳摇 氮素
*国家科技部科技基础性研究专项(2007FY210300)资助.
**通讯作者. E鄄mail: jianglinlm@ nwsuaf. edu. cn
2010鄄08鄄09 收稿,2010鄄12鄄22 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)03-0665-08摇 中图分类号摇 S714郾 2摇 文献标识码摇 A
Profile distribution of organic carbon and nitrogen in major soil types in the middle of Qilian
Mountains. GENG Zeng鄄chao, JIANG Lin, LI Shan鄄shan, SHE Diao, HOU Lei (College of Re鄄
sources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shaanxi, China) . 鄄Chin.
J. Appl. Ecol. ,2011,22(3): 665-672.
Abstract: This paper studied the distribution patterns of organic carbon ( OC), total nitrogen
(TN), NH4 + 鄄N, and NO3 - 鄄N in the profiles of brown calcic soil, grey cinnamon soil, chestnut
soil, and alpine meadow soil in the middle of Qilian Mountains. In all test soils, the contents of
OC, TN, NH4 + 鄄N, and NO3 - 鄄N decreased with increasing soil depth, and the accumulation and
decomposition of OC and various N forms differed with soil types. The average content of OC in dif鄄
ferent soil profiles changed from 14郾 01 to 41郾 17 g·kg-1, and was in the order of grey cinnamon
soil > alpine meadow soil > chestnut soil > brown calcic soil; the average content of TN changed
from 1郾 28 to 2郾 73 g·kg-1, with a sequence of alpine meadow soil > grey cinnamon soil > chestnut
soil > brown calcic soil. The C / N ratio was from 11郾 33 to 19郾 22, with the order of grey cinnamon
soil > chestnut soil > alpine meadow soil > brown calcic soil. NH4 + 鄄N content changed from 5郾 80 to
8郾 40 mg·kg-1, and was in the order of brown calcic soil > alpine meadow soil > chestnut soil >
grey cinnamon soil; NO3 - 鄄N content changed from 6郾 57 to 15郾 11 mg·kg-1, being in the order of
chestnut soil > alpine meadow soil > brown calcic soil > grey cinnamon soil. The ratio of NO3 - 鄄N to
NH4 + 鄄N was 1郾 00-2郾 69, with the sequence of grey cinnamon soil > chestnut soil > alpine meadow
soil > brown calcic soil. The OC and N contents in the same soil types differed significantly with the
conditions of climate, vegetation, and topography (e. g. , slope aspect and slope position). Corre鄄
lation analysis showed that there were highly significant positive correlations between OC, TN, and
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 3 月摇 第 22 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2011,22(3): 665-672
NH4 + 鄄N, but these three items had no significant positive correlations with NO3 - 鄄N. Furthermore,
there were highly significant positive correlations between available K, NH4 + 鄄N, and NO3 - 鄄N and
between available P and OC, significant positive correlations between available P, TN, and
NH4 + 鄄N, but no significant correlations between pH, total K, and total P and OC and N.
Key words: Qilian Mountains; soil profile; organic carbon; nitrogen.
摇 摇 土壤中的有机碳和氮素是地表植被生长的主要
营养源,常被作为土壤质量评价和土地可持续利用
管理的重要参考指标[1] .由于二者在陆地生态系统
中占有很大比重[2-3],因此在平衡全球碳氮循环以
及对气候变化的研究中具有重要意义[4] .
研究表明,土壤有机碳和氮素含量除受到气
候[5-6]、海拔[7-8]、地形[9]、植被类型[10]和土地利用
方式[11]等因素的影响外,还与土壤 pH 值[12]、容
重[8]、颗粒组成[13-14]、母质类型[15]和养分含量[16]等
土壤理化性质有关.目前,针对不同土壤类型影响下
土壤有机碳和氮素分布的研究较少[17-18] .土壤是气
候、生物、时间、地形和母质因素综合作用下的独立
自然体[19],不同土壤类型在质地与结构、母质类型
及化学组成等方面具有特征性差异.因此,研究特定
土壤类型的有机碳、氮素分布有助于了解土壤中碳
氮的库存量及其循环变化过程的影响因素. 针对土
壤剖面[20-21]和具体发生层次上[22]有机碳和氮素分
布的研究对探讨土壤圈的碳氮循环与生态环境变化
的关系有着重要的参考价值.
铵态氮和硝态氮是土壤中能够被植物吸收利用
的有效态氮的主要组成部分,对于离子的吸收和植
被生长十分重要[23] . 此外,铵态氮和硝态氮作为土
壤氮素循环中最主要的两种氮素形态,对研究氮素
的矿化和土壤的硝化鄄反硝化过程也有重要意
义[24] .目前,关于祁连山中段地区土壤铵态氮、硝态
氮分布的研究尚未见报道. 本研究以祁连山中段地
区的主要土壤类型为对象,研究了土壤剖面上有机
碳和全氮、铵态氮、硝态氮的分布,并结合气候、植被
和地形等因素分析了不同土壤类型间有机碳、氮素
分布的差异,以及碳氮的变化规律,以期为该地区生
态环境的研究提供基础资料.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区设在位于甘肃省肃南裕固族自治县东北
部的祁连山自然保护区西水保护站所辖林区,属祁
连山北坡中段 ( 38毅 23忆 - 38毅 48忆 N, 100毅 3忆 -
100毅23忆 E) ,面积723980 hm2,海拔2400 ~ 4000 m.
该地区属大陆性高寒半干旱、半湿润森林草原气候,
年均气温 5郾 4 益,年均降水量 333郾 8 ~ 435郾 5 mm,
90%的降水集中在 6-9 月,年均蒸发量 1488 mm.森
林覆盖率为 38郾 4% ,主要树种为青海云杉 (Picea
crassifolia)和祁连圆柏( Sabina przewalskii),青海云
杉林盖度约 0郾 6,祁连圆柏林盖度为 0郾 2 ~ 0郾 4;灌木
主要有金露梅(Potentilla fruticosa)、银露梅(Potentil鄄
la glabra)、鲜黄小檗(Berberis diaphana)、鬼箭锦鸡
儿(Caragana jubata)等,林下植被主要以三穗苔草
(Carex tristachya)、珠芽蓼 (Polygonum viviparum)、
木贼麻黄(Ephedra equisetina)以及苔藓植物等为主.
主要土壤类型包括棕钙土、灰褐土、栗钙土和高山草
甸土.
1郾 2摇 样品的采集及处理
在西水林区,参考土壤类型和植被、地形等环境
因素选定 7 个样地,根据实际环境条件,确定样地大
小为 60 m伊30 m,基本概况见表 1.在各样地内均匀
设置 3 个面积为 20 m伊20 m 的样方作为重复.每个
样地的生物量调查按照乔木、灌木和草本 3 类分别
统计 3 个样方内的密度、高度、盖度和郁闭度,最后
取平均值作为样地生物量指标. 每个样方内按照
“S冶型布点法确定 5 个土壤剖面,各剖面按土壤的
发生层次由下至上逐层采样,最后将每个样方内各
剖面土壤样品按层混合,作为分析样品.所有分析样
品均分成 2 份,一份置于 4 益冰箱中保存,用于测定
硝、铵态氮含量;一份经室内风干后,磨细,分别通过
孔径 1 mm和 0郾 25 mm的筛子,备用.各样地土壤的
主要化学性质和不同层次间的差异见表 2.
1郾 3摇 分析方法
土壤样品分析均采用常规方法[25] . 土壤 pH 值
采用电位法 (水 颐 土 = 2郾 5 颐 1)测定;全钾采用
NaOH 熔 融鄄火 焰 光 度 法 测 定; 速 效 钾 采 用
1 mol·L-1NH4OAc 浸提鄄火焰光度法测定;全磷采
用 HClO4 和 H2SO4 消煮鄄钼锑抗比色法测定;速效
磷采用0郾 5 mol·L-1NaHCO3 浸提鄄钼锑抗比色法测
定;有机碳采用 K2Cr2O7 容量法鄄外加热法测定;全
氮采用半微量凯氏法测定.
666 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 1摇 样地基本概况
Table 1摇 Basic status of sampling plots
样地
Plot
地理位置
Geographical
position
海拔
Altitude
(m)
坡 度
Slope
angle
(毅 )
坡 向
Slope
aspect
坡 位
Slope
position
主要植被种类
Main plant species
乔木密度
Tree
density
(stem·
hm-2)
乔木胸径
DBH
(cm)
乔木高度
Tree
height
(m)
灌木高度
Shrub
height
(cm)
草本高度
Herb
height
(cm)
林下植被
盖度
Coverage of
understory
vegetation
郁闭度
Crown
density
土壤类型
Soil
type
土壤层次及深度
Soil layer and
depth (cm)
1 38毅35郾 59忆 N
100毅19郾 35忆 E
2297 26 东南
SE
(135毅 )
中坡
Midhill
position
甘青锦鸡儿 Caragana
tangutica、芨芨草 Ach鄄
natherum splendens、苔草
C郾 tristachya
- - - 75郾 0 8郾 0 0郾 65 - 棕钙土
Brown calcic
soil
A
B
C
1 ~ 16
16 ~ 57
>57
2 38毅32郾 88忆 N
100毅17郾 64忆 E
2830 25 东北
NE
(45毅 )
上坡
Uphill
position
青海云杉 P郾 crassifolia、
银露梅 P郾 glabra、鲜黄
小檗 B郾 diaphana、披针
苔草 C郾 lanceolate
800 20郾 5 16郾 0 70郾 0 30郾 0 0郾 58 0郾 40 灰褐土
Grey cinnamon
soil
A
B
C
2 ~ 27
27 ~ 76
>76
3 38毅32郾 87忆 N
100毅17郾 63忆 E
2825 19郾 5 东北
NE
(45毅 )
下坡
Downhill
position
青海云杉 P郾 crassifolia、
银露梅 P郾 glabra、鲜黄
小檗 B郾 diaphana、苔草
C郾 tristachya
1200 26郾 0 17郾 5 77郾 0 26郾 0 0郾 80 0郾 75 灰褐土
Grey cinnamon
soil
A
B
C
5 ~ 25
25 ~ 52
>52
4 38毅32郾 11忆 N
100毅15郾 25忆 E
2831 22 西北
NW
(345毅 )
下坡
Downhill
position
云杉 P郾 asperata、苔草
C郾 tristachya、珠芽蓼 P郾
viviparum、山羽藓 Abieti鄄
nella abietina
1200 25郾 0 15郾 8 73郾 0 28郾 0 0郾 75 0郾 70 灰褐土
Grey cinnamon
soil
A
B
C
5 ~ 26
26 ~ 63
>63
5 38毅32郾 93忆 N
100毅17郾 74忆 E
2804 22 西W
(270毅 )
中坡
Midhill
position
银露梅 P郾 glabra、甘青
针茅 Stipa przewalskyi、
狼毒 Stellera chamaejas鄄
me、乳白香青 Anaphalis
lactea
- - - 80郾 0 25郾 0 0郾 90 - 栗钙土
Chestnut soil
A
B
C
0 ~ 13
13 ~ 65
>65
6 38毅32郾 13忆 N
100毅15郾 25忆 E
2832 32 南 S
(180毅 )
下坡
Downhill
position
金露梅 P郾 fruticosa、醉
马草 Achnatherum ine鄄
brians 、二裂委陵菜 Po鄄
tentilla bifurca、紫菀 As鄄
ter sp郾 、 乳白香青 A郾
lactea
- - - 75郾 0 27郾 0 0郾 85 - 栗钙土
Chestnut soil
A
B
C
0 ~ 26
26 ~ 52
>52
7 38毅31郾 06忆 N
100毅17郾 31忆 E
3480 28 西南
SW
(225毅 )
上坡
Uphill
position
金露梅 P郾 fruticosa、鬼
箭锦鸡儿 C. jubata、珠
芽蓼 P郾 viviparum、苔草
C郾 tristachya
- - - 23郾 5 3郾 0 0郾 95 - 高山草甸土
Alpine meadow
soil
A
B
C
2 ~ 41
41 ~ 82
>82
A:腐殖质层 Humus layer; B:淀积层 Illuvial layer; C:母质层 Parental layer. 下同 The same below.
表 2摇 各样地土壤的主要化学性质
Table 2摇 Main soil chemical properties of sampling plots (mean依SE, n=3)
样地
Plot
土壤层次
Soil layer
pH(H2O) 全钾
Total potassium
(g·kg-1)
速效钾
Available potassium
(mg·kg-1)
全磷
Total phosphorus
(g·kg-1)
速效磷
Available phosphorus
(mg·kg-1)
1 A 7郾 62依0郾 01a 20郾 48依0郾 44a 299郾 60依0郾 00a 0郾 94依0郾 03a 4郾 08依0郾 00a
B 7郾 63依0郾 02a 18郾 99依0郾 31b 151郾 14依2郾 03b 0郾 85依0郾 00b 2郾 83依0郾 28b
C 7郾 57依0郾 01b 20郾 58依0郾 23a 55郾 32依4郾 02c 0郾 72依0郾 00c 3郾 42依0郾 35ab
2 A 6郾 89依0郾 02a 20郾 52依0郾 11b 262郾 54依6郾 33a 0郾 62依0郾 00c 9郾 42依0郾 15a
B 6郾 86依0郾 01a 19郾 61依0郾 04c 57郾 00依0郾 00c 0郾 75依0郾 01b 2郾 39依0郾 07b
C 7郾 01依0郾 10a 22郾 72依0郾 17a 78郾 85依2郾 05b 0郾 93依0郾 01a 1郾 08依0郾 09c
3 A 7郾 10依0郾 01a 18郾 96依0郾 39b 140郾 68依6郾 35a 0郾 86依0郾 00b 10郾 67依0郾 36a
B 7郾 10依0郾 02a 18郾 03依0郾 09b 87郾 41依4郾 21b 0郾 71依0郾 01c 9郾 69依0郾 15a
C 7郾 06依0郾 01a 22郾 61依0郾 08a 68郾 72依0郾 00b 0郾 95依0郾 02a 3郾 63依0郾 21b
4 A 5郾 77依0郾 03b 19郾 60依0郾 39a 50郾 34依0郾 00c 0郾 74依0郾 02a 5郾 32依0郾 29b
B 7郾 56依0郾 02a 19郾 93依0郾 29a 84郾 48依0郾 00a 0郾 68依0郾 02a 7郾 94依0郾 29a
C 7郾 51依0郾 02a 20郾 66依0郾 09a 70郾 58依2郾 05b 0郾 70依0郾 01a 3郾 69依0郾 14c
5 A 7郾 38依0郾 01b 19郾 85依0郾 12a 281郾 46依8郾 31a 0郾 78依0郾 00b 6郾 25依0郾 78a
B 7郾 47依0郾 00a 20郾 07依0郾 06a 110郾 22依4郾 12b 0郾 38依0郾 00c 2郾 94依0郾 21b
C 7郾 47依0郾 02a 19郾 75依0郾 28a 104郾 38依0郾 00b 1郾 21依0郾 02a 2郾 64依0郾 28b
6 A 7郾 34依0郾 01b 19郾 55依0郾 05c 388郾 21依4郾 06a 0郾 82依0郾 01a 2郾 89依0郾 21a
B 7郾 38依0郾 03b 20郾 40依0郾 12b 98郾 23依6郾 08b 0郾 78依0郾 00a 2郾 27依0郾 14a
C 8郾 11依0郾 02a 21郾 07依0郾 21a 75郾 02依6郾 17b 0郾 69依0郾 02b 1郾 32依0郾 00b
7 A 7郾 95依0郾 04a 24郾 29依0郾 01a 493郾 23依10郾 61a 0郾 87依0郾 02a 6郾 00依0郾 44a
B 7郾 85依0郾 04ab 22郾 88依0郾 04c 56郾 73依2郾 14b 0郾 85依0郾 01a 4郾 30依0郾 30b
C 7郾 72依0郾 00b 23郾 11依0郾 03b 54郾 28依2郾 05b 0郾 42依0郾 00b 2郾 50依0郾 35c
同列不同字母表示同一样地不同土层间差异显著(P<0郾 05) Different letters in the same column indicated significant difference among different soil
layers in the same sampling plot at 0郾 05 level.
7663 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 耿增超等: 祁连山中段土壤有机碳和氮素的剖面分布摇 摇 摇 摇
摇 摇 土壤铵态氮、硝态氮采用 AutoAnalyzer 3 型连续
流动分析仪(德国布朗卢比)测定. 称取 5 g 新鲜土
样,加入 50 ml浓度为 1 mol·L-1的 KCl 溶液,震荡
(1 h),过滤后用连续流动分析仪测定硝、铵态氮含
量.
1郾 4摇 数据处理
采用 DPS 7郾 05 和 Microsoft Excel 2003 进行数
据处理和制图. 应用单因素方差分析法 ( one鄄way
ANOVA)分析不同样地间各指标的差异显著性,应
用最小显著差数法(LSD)进行多重比较,应用 Pear鄄
son相关系数进行相关分析,显著性水平设定为 琢 =
0郾 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土壤有机碳的剖面分布
由图 1 可见,各样地土壤不同发生层次的有机
碳含量均随剖面深度的增加而减少. 腐殖质层的有
机碳含量占整个剖面的 43郾 5% ~ 76郾 8% ,说明土壤
有机碳的表聚性较明显. 不同样地腐殖质层的有机
碳含量在 17郾 91 ~ 74郾 98 g·kg-1,淀积层在10郾 30 ~
59郾 75 g·kg-1,母质层在 2郾 18 ~ 29郾 14g·kg-1,差异
均显著.主要土壤类型有机碳含量的样地及剖面平
均值大小顺序为:灰褐土(41郾 17 g·kg-1) >高山草
甸土(32郾 13 g·kg-1) >栗钙土(15郾 82 g·kg-1) >棕
钙土(14郾 01 g·kg-1).
样地 2、3、4 的土壤类型均属灰褐土.其中样地
3、4 腐殖质层和淀积层差异均显著大于样地 2,说明
林区主要植被的郁闭度显著影响枯落物的量,进而
影响土壤中尤其是表层土壤中有机碳含量. 对于两
处栗钙土,处于半阴坡的样地 5 的腐殖质层有机碳
含量显著高于位于阳坡的样地 6,说明在海拔和植
被结构类似的情况下,坡向对表层土壤有机碳含量
有显著影响.
2郾 2摇 土壤全氮的剖面分布
不同样地土壤全氮的分布规律与有机碳的分布
规律相似(图 1). 各样地土壤不同发生层次的全氮
含量均随深度增加而减少. 腐殖质层的全氮含量占
整个剖面的 40郾 7% ~ 81郾 2% .不同样地腐殖质层的
全氮含量在 1郾 52 ~ 5郾 06 g·kg-1,淀积层在 0郾 59 ~
3郾 78 g·kg-1,母质层在 0郾 08 ~ 1郾 25 g·kg-1,差异均
显著.主要土壤类型全氮含量的大小顺序为:高山草
甸土(2郾 73 g·kg-1) >灰褐土(2郾 42 g·kg-1) >栗钙
土(1郾 40 g·kg-1)>棕钙土(1郾 28 g·kg-1).
样地2 ~ 6中各发生层次全氮的变化规律与有
图 1摇 各样地土壤的有机碳和全氮含量
Fig. 1 摇 Contents of soil organic carbon and total nitrogen in
sampling plots (mean依SE, n=3).
A:腐殖质层 Humus layer; B:淀积层 Illuvial layer; C:母质层 Parental
layer. 不同字母表示同一土层不同样地之间差异显著(P<0郾 05) Dif鄄
ferent letters indicated significant difference among different sampling
plots in the same soil layer at 0郾 05 level郾 下同 The same below.
机碳相同,进一步说明了植被和坡向因素对土壤有
机质含量的影响.
2郾 3摇 土壤 C / N的变化
由图 2 可见,随着剖面深度的增加, 棕钙土和
灰褐土的 C / N 均增大,但淀积层略有差异. 样地 3
淀积层的 C / N 略高于母质层,样地 1、4 淀积层的
C / N则略低于腐殖质层.样地 5、6 栗钙土的 C / N 表
现出相反的规律,前者随剖面加深而升高,后者随剖
面加深而降低.高山草甸土的 C / N随剖面深度的增
加而降低,但淀积层的 C / N略高于腐殖质层.
各样地土壤腐殖质层的 C / N 以灰褐土较大
(14郾 44 ~ 17郾 02),其他样地土壤在 10郾 93 ~ 11郾 82,
且差异不明显. 淀积层、母质层的 C / N 与腐殖质层
有着相同规律,但样地 5 母质层的 C / N 值达到
26郾 06.主要土壤类型间 C / N 的大小顺序为:灰褐土
(19郾 22)>栗钙土(13郾 79)>高山草甸土(11郾 40) >棕
钙土(11郾 33)郾 这与各种土壤类型所处环境的气候
条件和植被类型等因素密切相关.
2郾 4摇 土壤铵态氮的剖面分布
由图 3 可见,各样地土壤的铵态氮含量均随剖
面深度增加而降低.其中腐殖质层的铵态氮含量占
866 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 2摇 各样地土壤的碳氮比和硝铵比
Fig. 2摇 Soil C / N, NO3 - 鄄N and NH4 + 鄄N ratio in sampling plots
(mean依SE, n=3).
图 3摇 各样地土壤的铵态氮和硝态氮含量
Fig. 3摇 Contents of soil NH4 + 鄄N and NO3 - 鄄N in sampling plots
(mean依SE, n=3).
全剖面的 39郾 8% ~93郾 6% .各样地土壤腐殖质层的铵
态氮含量除样地 6 的栗钙土较小(6郾 32 mg·kg-1)
外,其余在 10郾 54 ~14郾 20 mg·kg-1,差异不显著.各样
地土壤淀积层和母质层的铵态氮含量表现出较大差
异,以样地 2、3 的灰褐土较低.主要土壤类型铵态氮
含量的大小顺序为:棕钙土(8郾 40 mg·kg-1) >高山
草甸土(8郾 14 mg·kg-1)>栗钙土(6郾 10 mg·kg-1)>
灰褐土(5郾 80 mg·kg-1).
2郾 5摇 土壤硝态氮的剖面分布
由图 3 可见,各样地土壤的硝态氮含量在剖面
各层上的变化规律与铵态氮相同.腐殖质层的硝态
氮含量占全剖面的 55郾 5% ~79郾 7%,除样地 1、7 差异
不显著外,其他样地间均达显著水平.其中样地 6 栗
钙土的硝态氮含量最高,达 45郾 06 mg·kg-1;样地 2
灰褐土最低,为 5郾 82 mg·kg-1 .样地 1、3、5 土壤淀积
层的硝态氮含量差异不显著,其他样地间差异显著,
样地 6栗钙土的硝态氮含量最大(18郾 62 mg·kg-1),
样地 2的灰褐土最小(2郾 10 mg·kg-1).母质层的硝
态氮含量以样地 6 的栗钙土最大(14郾 54 mg·kg-1),
其他样地在 1郾 75 ~ 4郾 01 mg·kg-1 .不同土壤类型硝
态氮含量的大小顺序为:栗钙土(15郾 11 mg·kg-1) >
高 山 草 甸 土 (10郾 69 mg·kg-1) > 棕 钙 土
(10郾 18 mg·kg-1)>灰褐土(6郾 57 mg·kg-1).
2郾 6摇 土壤硝铵比的变化
由图 2 可见,棕钙土和高山草甸土的硝铵比均
随土层加深而降低,且腐殖质层的比例均>1,而淀
积层和母质层均<1. 对于灰褐土,除样地 4 土壤母
质层的硝铵比小于淀积层外,其余均随剖面加深而
增大.样地 5、6 的土壤类型同为栗钙土,但前者剖面
各层的硝铵比均<1,明显低于后者. 4 种土壤类型硝
铵比的大小顺序为:灰褐土(2郾 69)>栗钙土(2郾 65)>
高山草甸土(1郾 08)>棕钙土(1郾 00).
2郾 7摇 祁连山中段土壤有机碳、氮素和主要化学性质
的相关性
以研究区域内各样地及各土壤层次的平均值进
行相关性分析.由表 3 可见,祁连山中段地区土壤有
机碳与全氮含量之间存在极显著正相关,相关系数
(r)为 0郾 94,土壤铵态氮与有机碳、全氮含量之间也均
存在极显著相关性,r 分别为 0郾 60、0郾 79;研究区域内
土壤硝态氮与有机碳、全氮、铵态氮之间均存在一定
正相关,但未达到显著水平.此外,土壤铵态氮含量与
C / N、硝铵比呈显著负相关,r分别为 0郾 52、0郾 46.
该区域内土壤速效磷与土壤有机碳、全氮和铵
态氮均表现为极显著、显著正相关,r 分别为 0郾 85、
0郾 80、0郾 51;而速效钾与铵态氮、硝态氮含量呈现极
显著正相关,r分别为 0郾 55、0郾 67.土壤的 pH值与有
机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量呈现出负相关,但
9663 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 耿增超等: 祁连山中段土壤有机碳和氮素的剖面分布摇 摇 摇 摇
表 3摇 土壤有机碳、氮素、C / N、硝铵比及其化学性质间的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients between soil organic carbon, nitrogen, C / N, NO3 - 鄄N and NH4 + 鄄N ratio and soil chemical
properties(n=21)
pH 全钾
Total
potassium
速效钾
Available
potassium
全磷
Total
phosphorus
速效磷
Available
phosphorus
有机碳
Organic
carbon
全氮
Total
nitrogen
铵态氮
NH4 + 鄄N
硝态氮
NO3 - 鄄N
C / N 硝铵比
Ratio of
NO3 - 鄄N
and
NH4 + 鄄N
有机碳
Organic carbon
-0郾 41 -0郾 24 0郾 17 -0郾 06 0郾 85** 1郾 00 0郾 95** 0郾 64** 0郾 18 -0郾 05 -0郾 32
全氮
Total nitrogen
-0郾 23 -0郾 12 0郾 35 -0郾 03 0郾 80** 0郾 95** 1郾 00 0郾 79** 0郾 29 -0郾 28 -0郾 36
铵态氮
NH4 + 鄄N
-0郾 12 -0郾 08 0郾 55** 0郾 00 0郾 51* 0郾 64** 0郾 79** 1郾 00 0郾 42 -0郾 52* -0郾 46*
硝态氮
NO3 - 鄄N
0郾 05 -0郾 04 0郾 67** 0郾 14 0郾 02 0郾 18 0郾 29 0郾 42 1郾 00 -0郾 41 0郾 34
C / N -0郾 41 -0郾 04 -0郾 35 0郾 40 -0郾 06 -0郾 05 -0郾 28 -0郾 52* -0郾 41 1郾 00 0郾 34
硝铵比
NO3 - 鄄N / NH4 + 鄄N
-0郾 15 0郾 20 0郾 09 0郾 27 -0郾 43* -0郾 32 -0郾 36 -0郾 46* 0郾 34 0郾 34 1郾 00
*P<0郾 05;**P<0郾 01.
未达显著水平.此外,土壤全磷、全钾含量与有机碳、
氮素的分布无明显相关性.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 土壤有机碳和全氮的分布特征
本研究结果表明,祁连山中段地区的主要土壤
类型(棕钙土、灰褐土、栗钙土和高山草甸土)之间
的有机碳及全氮含量呈现极显著正相关,均随土壤
深度的增加而降低,且降幅较大,这与前人的研究结
果一致[5,13] .出现层次间差异的主要原因在于土壤
不同层次上有机物质的输入存在规律性差异,即土
壤表层积累了大量的枯枝落叶等植物残体,且植物
根系的密度随土层加深而减小.
不同土壤类型的有机碳分布情况为:灰褐土>
高山草甸土>栗钙土>棕钙土;全氮分布情况为:高
山草甸土>灰褐土>栗钙土>棕钙土;其中,灰褐土腐
殖质层和淀积层 3 个样地间差异较大,原因在于样
地 2 位于上坡,土壤含水量较低,利于微生物对有机
质的矿化分解,且植被相对稀疏,有机物质的输入量
相对较少.栗钙土腐殖质层有机碳和全氮在两个样
地间出现较大差异的原因在于,样地 6 位于阳坡,而
样地 5 位于半阴坡;相对于阴坡,阳坡处光照相对充
足,表层土壤温度较高,湿度较小,土壤生物活动旺
盛,有机质的矿化作用较阴坡强烈,因而表现为有机
碳含量较阴坡低.
3郾 2摇 土壤碳氮比的分布特征
土壤碳氮比可以影响土壤中微生物的代谢活
动,进而对土壤有机质的矿化产生作用[1] . 一般认
为,土壤碳氮比在 15 ~ 25 之间时[26],有机质供肥状
况优越.
本研究结果表明,祁连山中段地区不同土壤类
型 C / N的大小为:灰褐土>栗钙土>高山草甸土>棕
钙土.其中灰褐土的 C / N 大部分在 15 ~ 25,表明灰
褐土中有机质的矿质化和腐殖质化明显[8],有机质
供肥状况良好.棕钙土、栗钙土和高山草甸土的 C / N
大部分<15,说明有机质的分解较容易,尤其是氮素
的矿质化作用明显,可以释放更多的有效态氮,但也
容易造成氮素的大量流失.
3郾 3摇 土壤铵态氮和硝态氮的分布特征
土壤中铵态氮、硝态氮含量受含氮有机质的矿
化、硝化鄄反硝化、植物和微生物对有效态氮的吸收
利用以及粘土矿物对铵态氮的吸附固定等作用的影
响[27],同时,这两类氮素也是土壤中最容易通过淋
洗和挥发损失的元素形态[1] .
本研究结果表明,祁连山中段地区棕钙土、灰褐
土、栗钙土和高山草甸土中铵态氮、硝态氮含量呈现
出随土壤深度增加而下降的趋势,与陈效民等[28]的
研究结果一致.其原因主要是,随土壤深度增加,有
机质含量呈下降趋势,而有机质是土壤中铵态氮、硝
态氮的重要来源,土壤铵态氮含量与有机碳、全氮的
极显著相关进一步说明了这一问题. 土壤微生物的
数量随土层加深也呈下降趋势,微生物在固氮、硝化
和有机制的分解作用中起决定作用[29] . 此外,随土
壤深度的增加,土壤颗粒粒径增大,而土壤颗粒中的
无机态氮含量和分布均随土壤颗粒的加粗逐渐减
少[30] .土壤硝态氮和有机碳、全氮、铵态氮之间均存
在不显著正相关,说明该区域土壤硝态氮含量受到
有机碳、全氮和铵态氮供应的影响,但不明显. 这与
076 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
莫江明等[24]对鼎湖山地区马尾松针阔叶混交林下
土壤的研究结果相似.总体上,不同土壤类型的铵态
氮含量为:棕钙土>高山草甸土>栗钙土>灰褐土;硝
态氮含量依次为:栗钙土>高山草甸土>棕钙土>灰
褐土,这与上述土壤 C / N 值的变化规律基本一致,
说明棕钙土、栗钙土、高山草甸土的有机质尤其是氮
素的矿化强于灰褐土. 不同土壤类型硝铵比的大小
为:灰褐土>栗钙土>高山草甸土>棕钙土.
3郾 4摇 土壤有机碳、氮素与其他土壤化学性质的相关
性
本研究区域内土壤速效磷含量与土壤有机碳、
全氮及铵态氮均表现为极显著、显著正相关,且有随
剖面深度增加而降低的趋势.这与黄文娟等[31]对鼎
湖山 5 种林分下土壤的研究结果类似,说明土壤速
效磷与有机碳及全氮、铵态氮的分布存在一定联系,
可能与有机质含量较高的土壤的固磷作用相对较弱
有关.土壤速效钾含量与铵态氮、硝态氮含量呈极显
著正相关,表明该地区土壤速效钾与铵态氮、硝态氮
的分布存在类似规律性.土壤的 pH 值与有机碳、全
氮、铵态氮及硝态氮含量呈现负相关,但未达显著水
平.这与白军红等[12]对霍林河流域湿地土壤的研究
结果存在较大差异,具体原因尚有待进一步探讨.
致谢摇 本研究得到甘肃省祁连山水源涵养林研究院刘贤德、
敬文茂和王顺利的大力支持,张强参与土壤调查和采样,一
并致谢!
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作者简介摇 耿增超, 男, 1963 年生, 教授, 硕士生导师. 主
要从事森林土壤及农业废弃物转化研究. E鄄mail: geng鄄
zengchao@ 126. com
责任编辑摇 李凤琴
276 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷