全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
林业科学研究　2008, 21 (2) : 161～167
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008) 0220161207
祁连山中部云杉林和高寒草甸土壤
N矿化及其影响因素研究
吴建国 1 , 苌　伟 1, 2 , 艾　丽 1, 3
(1. 中国环境科学研究院 ,北京　100012; 2. 北京林业大学 ,北京　100083; 3. 北京科技大学 ,北京　100083)
摘要 :以正交试验好气培养土壤方法分析了祁连山青海云杉林和高寒草甸下土壤 N矿化及其与温度、湿度、土层和
海拔的关系。结果显示 :以土壤 N矿化量极差计 ,土层和温、湿度交互作用对土壤 N矿化影响最大 ,其次是温度 ,湿
度影响较小 ;以土壤 N矿化比例极差计 ,温度和温、湿度交互作用对土壤 N矿化影响最大 ,其次是湿度 ,土层影响较
小。温度和温、湿度交互作用对土壤 N矿化量影响显著 ,对土壤 N矿化比例影响却不显著 ( P < 0. 05)。35 ℃下土
壤 N矿化量比 5 ℃和 15 ℃下高 ,而 25 ℃与 5 ℃和 15 ℃下差异不显著 ; 35 ℃下土壤 N矿化比例比 15 ℃下高 , 15 ℃
与 5 ℃和 25 ℃差异不显著 ( P < 0. 05)。不同湿度下土壤 N矿化量差异不显著 ,土壤含水量为 20%时土壤 N矿化比
例比 60%时低 ( P < 0. 05)。海拔高度 3 200 m处森林土壤 N矿化量比 3 500 m处高寒灌丛草甸土壤中低 ( P <
0105) , 3 600 m与 3 400 m、3 200 m及 3 500 m与 3 600 m差异却不显著 ( P < 0. 05)。0～15 cm土层土壤 N矿化量
比 15～35 cm土层高 ,但两个土层土壤 N矿化比例差异不显著 ( P < 0. 05)。Q10在 0. 7～2. 0, 5℃升高到 15℃较低 ,
15℃升高到 25℃及 25℃升高到 35℃下较高。说明祁连山高寒草甸和山地森林土壤 N矿化受温、湿度变化的影响较
大。
关键词 :祁连山 ;土壤 N矿化 ;山地森林 ;高寒草甸
中图分类号 : S714 文献标识码 : A
收稿日期 : 2007204210,修改日期 : 2007210228
基金项目 : 国家自然科学基金项目资助 (40543014)
作者简介 : 吴建国 (1971—) ,男 ,甘肃张掖人 ,副研究员 ,主要研究生态系统碳氮循环和气候变化影响与适应.
The M inera liza tion of So il N itrogen and ItsM otiva ting Factors to the D ragon
Spruce Forest and A lp ine M eadows of the Q ilian M oun ta in s
WU J ian2guo1 , CHANG W ei1, 2 , A I L i1, 3
(1. Chinese Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China; 2. Beijing Forestry Universities, Beijing 100083, China;
3. The Science and Technology University of Beijing, Beijing　100083, China)
Abstract: To understand the effects of varying soil temperature and changing in soilwater content on the decomposition of
soil nitrogen, an anaerobic incubation experiment with orthogonal experiment in an artificial climatic chamber was
conducted to investigate how the m ineralization of soil nitrogen of the slopes under the Q ilian Mountains forest
( dom inated by P icea crassifolia) and alp ine meadows were affected by temperature, soil water content, soil dep th,
and mountain altitudes. The results showed that based on the range of soil nitrogen m ineralization, the effects of soil
dep th and interaction between soil water content and temperature on soil nitrogen m ineralization were the highest,
next was the effects of changing in temperature, and the effects of soil water content on them was the lowest. Based
on the range of soil nitrogen m ineralization ratio, the effects of soil temperature and interaction between soil water
content and temperature on soil nitrogen m ineralization ratio were also the highest, next were the effects of changing
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
in soil water content, and the effects of soil dep th on them was the lowest. The effects of soil temperature and
interaction between soil water content and temperature on soil nitrogen m ineralization were significant, while the
effects of these factors on the ratio of soil nitrogen m ineralization were not significant ( P < 0. 05). The soil nitrogen
m ineralization was higher at 35 ℃than at 5 ℃and 15 ℃, while there was not significant difference at 25 ℃and 15
℃ or 5 ℃ ( P < 0. 05). Additionally, the soil nitrogen m ineralization ratio was higher at 35 ℃than at 15 ℃, while
there was no significant difference at 15 ℃ or 25 ℃ and at 5 ℃ ( P < 0. 05 ). The difference of soil nitrogen
m ineralization were not significant among different soil water contents, while soil nitrogen m ineralization ratio was
lower in soil water content of 20% than that in soil water content of 60% ( P < 0. 05 ). The soil nitrogen
m ineralization was lower under mountain forest in altitude of 3 200 m than that under shrub meadows in altitude of
3 500 m, while the difference of soil nitrogen m ineralization were not significant among in altitude of 3 600 m, 3 400
m and 3 200 m or between in altitude of 3 500 m and 3 600 m ( P < 0. 05). The soil nitrogen m ineralization was
higher in 0 - 15 cm soil dep th than in 15 - 35 cm soil dep th, while the difference of soil nitrogen m ineralization ratio
among different soil dep th was not significant( P < 0. 05). The Q10 ranged from 0. 7 to 2. 0, and it was lower from 5
℃ to 15 ℃ than that from 15 ℃ to 25 ℃ or 25 ℃ to 35 ℃. The results showed that the soil nitrogen m ineralization
under mountain forest and alp ine meadows would be influenced greatly by changing in temperature.
Key words:Q ilian Mountains; m ineralization of soil nitrogen; mountain forest; alp ine meadows
土壤 N的矿化是土壤 N 影响植物生长和陆
地植被生产力的关键 [ 1 - 2 ] 。土壤 N 矿化过程受
水热要素和植被的影响较大 [ 3 ] 。自 19 世纪初 ,
土壤 N的矿化过程已被认为是土壤 N 循环的核
心和控制植物有效 N 的主要过程 [ 2 ] 。随着对气
候变化和陆地生态系统 C循环研究的深入 ,土壤
N矿化及其影响因素研究倍受关注 [ 4 ] 。一方面
考虑气候变化后 ,土壤 N矿化如何影响陆地植被
生产力和土壤有机 C动态 [ 5 ] 。另一方面考虑气
候变化和 CO2浓度增加后 ,土壤 N矿化改变及其
对生态系统 C汇功能的影响 [ 6 - 8 ] 。为此 ,土壤 N
矿化及其影响因素成为目前生态系统 C、N 循环
研究的热点。
在国外 ,对土壤 N 矿化研究已广泛展开 ,包
括不同因素对土壤 N矿化的影响 [ 9 - 10 ] 、森林土壤
N矿化速率及其影响因素 [ 11 ] 、水热因素对土壤 N
矿化影响 [ 12 ] 、土壤 N矿化对气候变化响应 [ 5 ] 、植
物对土壤 N 矿化影响等 [ 13 ] 。不过 ,对土壤 N 矿
化与影响因素关系等认识还存在很大的不确定
性 [ 4 ] 。在我国 ,土壤 N 矿化研究也受到重视 ,但
多集中在农田 [ 14 ] 、森林 [ 15 - 17 ]和内蒙古草原 [ 18 - 19 ]
土壤 ,对西北高山区山地森林和高寒草甸土壤 N
矿化的研究还比较少 [ 20 ] 。
青藏高原因海拔高和寒冷 ,被认为是气候变
化的敏感区和脆弱区 [ 21 ] 。高原四周存在着对比
强烈的气候和植被地带 [ 22 ] 。位于其北部边缘的
祁连山 ,是青藏高原、内蒙古高原和黃土高原的
过渡区 ,其北坡水热要素差异明显 ,从低海拔到
高海拔依次分布不同土壤类型 ,高山草甸土和灰
褐色森林土是其中分布较为广泛的部分 [ 23 ] 。深
入研究高寒草甸和山地森林土壤中 N 矿化及其
与温、湿度变化关系 ,对于系统认识高山生态系
统功能对气候变化的响应趋势具有重要的理论
和现实意义。本研究旨在分析祁连山北坡中部
青海云杉 ( P icea crassifolia Kom. )林和高寒草甸
土壤中 N矿化与温、湿度变化的关系 ,希望为进
一步深入研究和系统评价气候变化对高寒草甸
和山地森林生态系统功能的影响提供一定依据。
1 材料和方法
1. 1 研究地点
研究地点位于祁连山自然保护区西水自然保
护站 ( 93°30′～103°E, 36°30′～39°30′N ) ,在
祁连山北坡中部 ,属于大陆性高寒半干旱、半湿
润森林草原气候。年均气温约 0. 5 ℃,年均降水
量 435. 5 mm。主要植被类型包括荒漠草原、干
草原、山地森林、灌丛和高寒草甸 ,主要土壤类型
包括山地灰褐色森林土、山地栗钙土、亚高山草
甸土和高山草甸土等。
1. 2 土壤样品采集和处理
2005年 9月 ,在海拔高度 3 400、3 500、3 600 m
处的高寒草甸和 3 200 m处的山地森林中设立 4块
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第 2期 吴建国等 :祁连山中部云杉林和高寒草甸土壤 N矿化及其影响因素研究
样地 ,按 S形法在每块样地内随机布设 20个点 ,用
土钻 (内径 5 cm)依 0～15 cm和 15～35 cm土层依
次采集不同海拔样地中土壤。同时 ,应用 GPS进行
不同样地经纬度和海拔的测定 ,并估测了每块样地
的坡度和坡向 ,样地基本属性见表 1。
表 1　样地基本性质
样地 海拔 /m 坡度 / (°) 坡向 植被类型 土壤类型 有机 C含量 / (g·kg
- 1 )
0～15 cm 15～35 cm
全 N含量 / (g·kg - 1 )
0～15 cm 15～35 cm
土壤 C /N
0～15 cm 15～35 cm
1 3 600 0～5 北坡 高山草甸 高山草甸土 73. 08 46. 99 6. 634 4. 222 11 11
2 3 500 10～20 北坡 亚高山灌丛草甸 亚高山草甸土 144. 20 76. 36 10. 842 5. 290 13 14
3 3 400 10～20 北坡 亚高山灌丛草甸 亚高山草甸土 161. 77 128. 52 9. 857 8. 350 16 15
4 3 200 10～15 北坡 青海云杉林 山地灰褐色森林土 130. 33 98. 38 6. 952 5. 471 19 18
1. 3 土壤全 N含量测定
把采集的土壤自然风干后过 0. 149 mm土壤筛 ,
全部样品以凯氏蒸馏法测全 N 含量 , 单位为 g
·kg- 1 [ 24 ]。
1. 4 试验设计
试验因素包括海拔高度 ( 3 600、3 500、3 400、
3 200 m, 4个海拔高度 )、温度 (5 ℃、15 ℃、25 ℃和
35 ℃, 4个水平 )、湿度 (土壤含水量为 20%、40%、
60%和 80% , 4个水平 )和土层 (0～15 cm和 15～35
cm, 2个水平 ) ,指标为土壤 N矿化量与矿化速率。
选择正交试验设计方法 ,考虑温、湿度的交互作用 ,
选择正交表头 L16 ( 44 ×23 )比较合适。根据正交表
头 ,设计表 2所示的试验方案。
表 2 正交试验设计
试验号 温度 /℃ 海拔 /m 湿度 /% 温度和湿度交互作用 土层 / cm 误差列 1 误差列 2
1 1 (5) 1 (3 600) 1 (20) 1 1 (0～15) 1 1
2 1 (5) 2 (3 400) 2 (40) 2 1 (0～15) 2 2
3 1 (5) 3 (3 200) 3 (60) 3 2 (15～35) 1 2
4 1 (5) 4 (3 500) 4 (80) 4 2 (15～35) 2 1
5 2 (15) 1 (3 600) 2 (40) 3 2 (15～35) 2 1
6 2 (15) 2 (3 400) 1 (20) 4 2 (15～35) 1 2
7 2 (15) 3 (3 200) 4 (80) 1 1 (0～15) 2 2
8 2 (15) 4 (3 500) 3 (60) 2 1 (0～15) 1 1
9 3 (35) 1 (3 600) 3 (60) 4 1 (0～15) 2 2
10 3 (35) 2 (3 400) 4 (80) 3 1 (0～15) 1 1
11 3 (35) 3 (3 200) 1 (20) 2 2 (15～35) 2 1
12 3 (35) 4 (3 500) 2 (40) 1 2 (15～35) 1 2
13 4 (25) 1 (3 600) 4 (80) 2 2 (15～35) 1 2
14 4 (25) 2 (3 400) 3 (60) 1 2 (15～35) 2 1
15 4 (25) 3 (3 200) 2 (40) 4 1 (0～15) 1 1
16 4 (25) 4 (3 500) 1 (20) 3 1 (0～15) 2 2
　　注 :括号内为处理指标
1. 5 土壤 N矿化的测定
土壤 N矿化用室内好气培养法。把表 1不同海
拔 0～15 cm和 15～35 cm土层风干土依相同海拔
和土层充分混合 ,按表 2试验设计方案每个处理取
1010 g并调整为相应土壤含水量 ,装在 50 mL三角
瓶内 ,加入 30 g石英砂 ,用聚乙烯膜包扎瓶口 ,并在
膜上扎 2个小孔 ,然后放在 4个不同人工气候箱内 ,
这些气候箱温度分别控制为 5 ℃、15 ℃、25 ℃和 35
℃,用称质量法校正水分含量变化。培养 14 d后 ,
移去薄膜 ,全部移入 250 mL三角瓶内 ,以还原蒸馏
法测定土壤中 N的矿化 [ 25 - 26 ]。
1. 6 数据分析
根据正交试验设计数据处理 ,以极差分析方法
对各因素对土壤有机 C矿化影响进行分析。本试验
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设计属于混合水平正交试验 ,对极差进行订正处
理 [ 27 ]。同时 ,以方差分析方法分析不同因素影响显
著性 , t检验法检验各因素不同水平影响的差异 ( P
< 0. 05) [ 28 ]。用温度影响系数 Q10分析温度变化对
土壤 N矿化速率的影响。
2 结果与分析
2. 1 不同因素对土壤 N矿化的影响
分析土壤 N矿化量的极差表明 (图 1 ( a) ) ,土
层和温、湿度交互作用对土壤 N矿化影响最大 ,其次
是温度 ,再其次是海拔 ,湿度影响较小 ;分析土壤 N
矿化比例极差表明 ,温度和温、湿度交互作用对土壤
N矿化比例影响最大 ,其次是湿度 ,再其次是海拔 ,
土层影响较小 (图 1 ( b) )。
方差分析表明 ,温度和温、湿度交互作用对土壤
N矿化量有影响显著 ,海拔、土层和湿度影响不显
著 ,各因素对土壤 N 矿化比例影响也不显著 ( P <
0105) (表 3)。
图 1　不同因素下土壤 N矿化量 ( a)和矿化比例 ( b)的极差
图中 A、B、C、D、E、F、G分别表示温度、湿度、海拔、土层、温度与湿度交互作用、误差 1和误差 2。
表 3 不同因素对土壤 N矿化影响方差分析
因素 矿化量偏差平方和 矿化比例偏差平方和 自由度 矿化量方差 矿化比例方差 矿化量 F值 矿化比例 F值
温度 1 122. 79 0. 214 3 374. 26 0. 071 22. 57 4. 342
湿度 258. 03 0. 077 3 86. 01 0. 026 5. 19 1. 553
海拔 843. 84 0. 063 3 281. 28 0. 021 16. 96 1. 280
土层 566. 78 0. 006 1 566. 78 0. 006 11. 39 0. 124
温、湿度交互作用 1 289. 52 0. 234 3 429. 84 0. 078 25. 92 4. 742
误差 1 15. 57 0. 014 1 46. 70 0. 014
误差 2 17. 60 0. 030 1 52. 80 0. 030
总和 4 114. 13 0. 638 15
　　注 : F0. 10 (3, 2) = 9. 16; F0. 05 (3, 2) = 19. 16; F0. 01 (3, 2) = 99. 17; F0. 10 (1, 2) = 8. 53; F0. 05 (1, 2) = 18. 51; F0. 01 ( 1, 2) = 98. 49;方差分析中偏
差平方和小于误差列的因素直接按误差处理。
2. 2 不同因素下土壤 N矿化量
不同温度下 ,土壤 N矿化量不同。表 4显示 ,在
5～35 ℃范围 , 14 d内土壤 N矿化量达 17～39 mg·
kg- 1。35 ℃下土壤 N矿化量比 5 ℃和 15 ℃下高 ,
而 25 ℃与 5 ℃和 15 ℃下差异不显著 ( P < 0. 05)。
14 d内土壤 N矿化比例为 0. 23% ～0. 54%。35 ℃
下土壤 N矿化比例比 5 ℃和 15 ℃下高 ,但 35 ℃与
25 ℃、及 25 ℃与 15 ℃和 5 ℃下差异却不显著 ( P <
0. 05)。
表 4 不同温度和湿度下 14 d土壤 N矿化量和矿化比例
温度 /
℃
矿化量 /
(mg·kg - 1 )
矿化比例 /
%
湿度 /
%
矿化量 /
(mg·kg - 1 )
矿化比例 /
%
5 18. 01 a 0. 295 a 20 22. 00a 0. 247 a
15 17. 73 a 0. 230a 40 21. 91a 0. 365 ab
25 27. 95 a 0. 329 a 60 31. 75a 0. 441 b
35 38. 08 b 0. 539 b 80 26. 09a 0. 340 ab
　　表列中相同字母表示不同水平之间差异不显著 ,不同字母表示
差异显著 ,表 6相同。
表 4显示 ,在不同湿度下 , 14 d内土壤 N矿化量
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达 21～32 mg·kg- 1。不同湿度下土壤 N矿化量差
异不显著 ( P < 0. 05)。14 d内土壤 N 矿化比例达
0125% ～0. 45% ,土壤含水量为 20 %下土壤 N矿化
比例显著比 60 %下低 , 20 %和 40 %及 80%与 20%
下差异不显著 ( P < 0. 05)。
温度和湿度不同交互作用下 ,土壤 N矿化量不
同。表 5显示 ,交互作用 2下土壤 N 矿化量较低。
差异性检验表明 ,在交互作用 2下土壤 N矿化量及
其比例比其它交互作用下低 ( P < 0. 05)。
表 5　温、湿度交互作用下 14 d内土壤 N矿化
温、湿度交互作用 矿化量 / (mg·kg - 1 ) 矿化比例 /%
1 25. 42a 0. 394a
2 11. 94b 0. 142b
3 37. 13a 0. 449a
4 27. 27a 0. 409a
海拔高度不同直接反映了生态系统差异。表 6
显示 ,海拔高度 3 500 m与 3 200 m处土壤 N矿化量
差异显著 , 3 600 m与 3 400 m、3 200 m及 3 500 m
与 3 600 m处差异不显著 ( P < 0. 05)。根据这些海
拔高度对应的生态系统 , 3 200 m处森林土壤 N矿化
量显著比 3 500 m处高寒灌丛草甸土壤中低 ,但不
同海拔高度土壤 N 矿化比例差异却不显著 ( P <
0105)。
不同土层土壤 N 矿化不同。表 6显示 , 0～15
cm土层土壤 N矿化量显著比 15～35 cm土层中高 ,
但两个土层土壤 N矿化比例差异却不显著 ( P < 0.
05)。
表 6　不同海拔与土层下 14 d内土壤 N矿化量
海拔 /
m
矿化量 /
(mg·kg - 1 )
矿化比例 /
%
土层 /
cm
矿化量 /
(mg·kg - 1 )
矿化比例 /
%
3 600 17. 17 ab 0. 286 a 0～15 31. 39 a 0. 368 a
3 500 33. 36 bc 0. 450 a 15～35 19. 49 b 0. 329 a
3 400 31. 93 ac 0. 347 a
3 200 19. 30 a 0. 310 a
2. 3　温度对土壤 N矿化影响的 Q 10
Q10表示适宜温度范围内 ,温度升高 10 ℃,生物
化学反应速度增加的倍数。土壤微生物活动与温度
变化相关性服从 Van Hoff定律。根据这个定律 ,温
度每升高 10 ℃,反应速度增加 1～2倍。本研究中 ,
Q10系数反映了温度每升高 10 ℃,土壤 N矿化速率
增加的倍数。表 7显示 ,以土壤 N矿化速率计 , Q10
在 0. 9～2. 0间 , 5 ℃升高到 15 ℃, Q10较低 , 15 ℃升
高到 25 ℃、以及 25 ℃升高到 35 ℃, Q10较高。以土
壤 N矿化速率比例计 , Q10在 0. 7～2. 0, 5 ℃升高到
15 ℃下 , Q10较低 , 15 ℃升高到 25 ℃、以及 25 ℃升
高到 35 ℃下 , Q10较高。
表 7　温度对土壤 N矿化影响的 Q 10
温度 /
℃
土壤 N矿化速率 /
(mg·kg - 1 ·d - 1 )
Q10
土壤 N矿化速率比例 /
( g·kg - 1 ·d - 1 )
Q10
5 1. 29 0. 21
15 1. 27 0. 98 0. 16 0. 78
25 2. 00 1. 58 0. 23 1. 43
35 2. 72 1. 36 0. 39 1. 64
3　讨论
土壤 N矿化受温度和湿度的影响较大。巨晓棠
和李生秀 [ 29 ]研究发现随土壤温度升高 ,农田土壤 N
矿化量增加。Leirós等 [ 30 ] 研究发现土壤 N 矿化
30% ～40%受温、湿度相互作用影响 ,土壤湿度对表
层土壤 N矿化影响较大 ,强度随土壤温、湿度增加而
增加。李贵才等 [ 31 ]总结影响森林土壤 N矿化的因
素得出 ,土壤温、湿度是影响土壤 N矿化量的最主要
因素 ,高温利于土壤 N矿化。本研究也是这样趋势。
土壤 N矿化比例消除了土壤 N含量差异 ,但不同因
素对土壤 N含量本身的影响也可能使土壤 N矿化
比例差异不同 ,并且还可能使不同因素对土壤 N矿
化比例的影响与对土壤 N矿化量影响存在差异。正
交试验设计中以部分试验代替全面试验 ,极差和方
差分析结果可能存在一定差异。温度变化与土壤 N
矿化的关系并不完全一致 ,如 Nadelhoffer等 [ 32 ]研究
发现 ,在 3～9 ℃范围内 ,土壤 N矿化仅对温度变化
敏感 ,在 9～15 ℃范围内 ,却受多个因子同时影响 ,
并且不同土壤类型土壤 N矿化的差异比单一土壤在
不同温度下的差异大。这一方面与土壤 N矿化机制
有关 ,如土壤有机质稳定性和微生物属性的差异 ,另
一方面可能与测定方法和土壤其它性质差异有关。
本研究表明温度升高祁连山中部高寒草甸和山
地森林土壤中 N矿化将增加 ,土壤含水量为 20%时
的土壤 N 矿化比例比在土壤含水量为 60%时低。
表明土壤 N矿化受水热因素影响较明显 ,与其他研
究结果趋势基本一致。 Zaman和 Chang [ 12 ]把辐射
松 ( P inus rad ia te D. Don)林和农林地土壤培养在
50%、75%和 100%田间持水量与 5 ℃、25 ℃和 40
℃条件下 ,其中 40 ℃下土壤 N净矿化速率比 5 ℃和
25 ℃下高 , 100%湿度下土壤 N矿化速率最高。李
贵才等 [ 31 ]总结认为土壤 N净矿化与土壤湿度呈显
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
著的正相关关系 ,土壤 N矿化随土壤水分增加而增
加 ,但一定程度后土壤 N矿化速率却随土壤水分增
加而下降。巨晓棠和李生秀 [ 29 ]研究发现土壤 N矿
化量随土壤水分含量增加而增加。水热因素交互作
用可能对土壤 N矿化产生影响。本研究表明 ,土壤
N矿化量及其比例受水热因素交互作用影响明显 ,
但正交试验分析交互作用方面存在一定不足 [ 33 ]。
海拔高度和生态系统差异对土壤 N矿化影响显
著。Bonito等 [ 11 ]研究发现美国南部高海拔阔叶硬木
林土壤中 N 矿化比低海拔高。本研究表明 ,海拔
3 500 m处土壤 N矿化量比 3 200 m处高 ,即 3 200 m
处森林土壤中 N矿化量比 3 500 m处高寒草甸中
低 ,但矿化比例差异不大。这与这两种生态系统土
壤中 N含量、C /N等差异有关。张金霞和曹广明 [ 20 ]
研究报道 ,高寒草甸土壤 N素含量丰富 ,有效成分贫
乏。李玉中等 [ 19 ]报道 ,草甸草原、干草原和典型草
原土壤中 N矿化率随季节变化 ,其中在 7月份最高 ,
并且未受干扰草地中最高。不同海拔高度土壤 N矿
化差异与土壤全 N含量有关 ,但土壤 N矿化与土壤
全 N相关性也因土壤而异 [ 34 ]。本研究中不同海拔
高度矿化比例差异不明显也许因为海拔范围相对不
大 ,并且土壤 N矿化比例消除了土壤中全 N含量差
异影响 ,致使差异不大。
不同土层下土壤中 N矿化不同。Vervaet等 [ 35 ]
研究了 3种森林土壤 N矿化 ,结果表明土壤 N净矿
化随土层加深而下降。李贵才等 [ 31 ]总结发现土壤
N矿化随土层加深而下降 ,巨晓棠和李生秀 [ 29 ]也研
究发现这样的趋势。本研究表明 , 0～15 cm土层土
壤 N矿化量比 15～35 cm土层中高 ,而矿化比例差
异不显著。这可能因为许多研究在野外进行 ,野外
不同土层多种因素都存在差异 ,本研究在实验室培
养条件基本相同 ,不同土层中 N矿化比例差异不大。
Q10反映了温度变化对土壤 N矿化速率的影响。
Dalias等 [ 36 ]研究发现 ,欧洲不同气候区针叶林土壤
培养在 4 ℃、10 ℃、16 ℃、23 ℃和 30 ℃下 550 d,土
壤 N矿化中 Q10随温度升高而降低 ,热带区土壤 N
硝化优化温度为 30 ℃,寒冷区土壤 N硝化优化温度
低于 30 ℃。本研究表明 , Q10在 0. 7～2. 0, 5 ℃升高
到 15 ℃较低 , 15 ℃升高到 25 ℃及 25 ℃升高到 35
℃相对较高。总之 ,本研究表明祁连山北坡山地森
林和高寒草甸土壤中 N矿化受水热因素影响较大 ,
其中对土壤表层的影响比对底层大 ,且山地森林土
壤中 N矿化比亚高山灌丛草甸土壤中低。这预示着
气候变化后 ,这些生态系统土壤表层 N矿化将受水
热因素变化极大影响 ,其中对亚高山灌丛草甸土壤
N矿化的影响比对山地森林土壤 N矿化的影响要
大 ,这些不同的差异将可能使这些生态系统的植被
有不同的响应。不过 ,需要指出 ,本研究样品只代表
了当年生长末期土壤中 N 矿化趋势 ,对生长旺季
(6—8月 )和春季 (4—5月 )土壤中 N矿化与不同因
素关系尚未开展研究 ,这些时段土壤中 N的矿化可
能与生长末期有所差异 ,这些问题还需要进一步
研究。
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