劉合滿，曹麗花，曾加芹

西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，林芝　860000

藏東南色季拉山溝壑區(qū)土壤氮素空間分布特征

劉合滿*，曹麗花，曾加芹

西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，林芝860000

摘要:以西藏東南部色季拉山海拔3950—4350 m為研究區(qū)，采用30×50 m網(wǎng)格采樣法，以地統(tǒng)計(jì)學(xué)半變異函數(shù)為工具，研究了色季拉山森林生態(tài)系統(tǒng)溝谷與坡面上土壤氮素空間變異特征及模型。結(jié)果表明：土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均表現(xiàn)為0—10 cm>10—20 cm，兩個(gè)層次上空間變異性表現(xiàn)為全氮和銨態(tài)氮0—10 cm>10—20 cm，而硝態(tài)氮表現(xiàn)為10—20 cm>0—10cm；不同海拔高度土壤氮含量表現(xiàn)為隨著海拔高度的升高而增加，但這種海拔梯度效應(yīng)并未達(dá)顯著水平(P>0.05)；溝谷區(qū)土壤氮含量高于坡面，這可能與植被殘?bào)w在溝谷區(qū)的堆積分解促進(jìn)氮循環(huán)有關(guān)；土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均具有中等程度的空間依賴性，其中土壤全氮空間變異符合指數(shù)模型，塊金值/基臺(tái)值為50%；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量空間變異分布均符合高斯模型，塊金值/基臺(tái)值分別為70.91%和37.45%；該區(qū)域土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量空間依賴性表現(xiàn)為：硝態(tài)氮>全氮>銨態(tài)氮，即土壤硝態(tài)氮更易受到空間結(jié)構(gòu)因素的影響，而銨態(tài)氮含量空間變化則主要受隨機(jī)因素的影響。

關(guān)鍵詞：色季拉山；全氮；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；空間變異

森林生態(tài)系統(tǒng)是受人為擾動(dòng)相對(duì)較小的生態(tài)系統(tǒng)，其元素循環(huán)過(guò)程主要受氣候、土壤、植被等自然因子的影響，是研究土壤元素自然生態(tài)過(guò)程的良好場(chǎng)所。氮是影響和限制森林生態(tài)系統(tǒng)植被生長(zhǎng)、苗木更新、生物多樣性及土壤生物過(guò)程等的重要因素，闡明氮素的空間變異特征對(duì)于區(qū)域空間氮素含量的預(yù)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的科學(xué)闡述都具有重要的科學(xué)意義。然而，在不同空間尺度上，土壤氮素含量和形態(tài)受空間微地形[1]、土壤質(zhì)地、土壤立地條件等因素的影響，而使其具有非常復(fù)雜的空間分布模式[2]，這為正確評(píng)價(jià)和估算空間土壤氮含量和動(dòng)態(tài)特征帶來(lái)了非常大的不確定性和挑戰(zhàn)。

針對(duì)土壤這個(gè)極其復(fù)雜的多界面開(kāi)放系統(tǒng)土壤元素的空間高度異質(zhì)性的特征，科學(xué)界建立了以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變量半方差函數(shù)為主要工具的地統(tǒng)計(jì)學(xué)(Geostatistics)，為研究土壤要素在空間分布上的隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性，或空間相關(guān)和依賴性的自然現(xiàn)象提供科學(xué)工具，已在土壤學(xué)領(lǐng)域、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。Chien[3]采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在10 km2區(qū)域尺度上采用250×250 m網(wǎng)格采樣法研究了臺(tái)灣中西部農(nóng)業(yè)土壤主要性質(zhì)的空間分布特征，并進(jìn)行克里格插值驗(yàn)證空間模型可以極好地模擬土壤元素的空間分布。Gonzalez[4]采用56×56 m網(wǎng)格法對(duì)加勒比地區(qū)熱帶次生干旱森林土壤氮空間分布特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)土壤氮素的空間自相關(guān)距離在24 m左右，展示了一個(gè)較強(qiáng)的空間相關(guān)性。Yavitt[2]在26.6 hm2區(qū)域尺度上研究巴拿馬熱帶潮濕森林0—10 cm層次土壤硝態(tài)氮含量空間分布符合指數(shù)函數(shù)模型，空間依賴尺度為74.2 m，而銨態(tài)氮的空間分布符合高斯模型，空間依賴性尺度為111.3 m，即硝態(tài)氮較銨態(tài)氮具有更強(qiáng)的空間依賴性。

目前針對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)氮分布主要集中在海拔高度、氣候條件、植被條件等影響因素方面，然而由于土壤條件的空間高度異質(zhì)性，而難以準(zhǔn)確分析其分布格局，尤其在微地形差異較大的山區(qū)林地。本文選擇西藏東南部典型林區(qū)色季拉山為研究對(duì)象，分別在坡面和溝谷采集土壤樣品進(jìn)行土壤氮素空間分布特征研究，并采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法半方差函數(shù)對(duì)氮素空間分布進(jìn)行擬合，以研究氮素空間分布模型，為區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)氮分布和循環(huán)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)域概況

色季拉山位于西藏林芝地區(qū)境內(nèi)，地處雅魯藏布江中下游，藏東南林區(qū)腹心地帶，其地理位置為94°28′—94°51′ E，29°21′—29°50′ N，最高海拔為5200 m，是西藏主要林區(qū)之一。該區(qū)域具有非常豐富的氣候類型，并在水平和垂直地帶性分布有著巨大的差異。區(qū)域氣候?yàn)閬喐呱胶疁貛О霛駶?rùn)區(qū)，年均氣溫-0.73℃，最暖月(7月)平均氣溫為9.8℃，最冷月(1月)平均氣溫為-13.8℃。

1.2土壤樣品采集與測(cè)定

于2013年5月18日，在色季拉山東坡，位于29°39′ N，94°42′ E，海拔3950—4350 m的區(qū)域，選擇一條溝壑和兩側(cè)的坡面作為采樣區(qū)，采用30×50 m網(wǎng)格法采樣(圖1)。該區(qū)域土壤類型為山地淋溶灰化土，土壤質(zhì)地較粗，屬砂質(zhì)壤土。土壤表層覆蓋較厚且不均勻的枯落物層，常年低溫條件，導(dǎo)致植被枯落物分解非常緩慢，O層厚度可達(dá)10 cm以上。森林植被主要為急尖長(zhǎng)苞冷杉林(Abiesgeorgeivar.smithii)與杜鵑林(Picealikiangensisvar.linzhiensis)的混交林，樹(shù)冠覆蓋較密。在選擇區(qū)域上，自3950 m高度開(kāi)始，分別選擇植被類型、坡度基本一致的水平區(qū)域作為一個(gè)樣帶，每個(gè)樣帶間距離大約為50 m。每個(gè)水平樣帶上分別在谷溝和兩側(cè)坡面上各取一個(gè)樣點(diǎn)，相鄰兩樣點(diǎn)間間隔30 m，每個(gè)樣帶采集3個(gè)樣點(diǎn)，共設(shè)置13個(gè)樣帶，共采集39個(gè)樣點(diǎn)。在采集土壤樣品時(shí)，首先去除地表O層未分解和半分解的植物殘?bào)w，然后分0—10 cm和10—20 cm兩個(gè)層次采集土壤樣品。將采集的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，去除可見(jiàn)的石塊、植物殘?bào)w等非土壤成分，自然風(fēng)干磨碎供分析土壤各項(xiàng)指標(biāo)。土壤全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定，硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用2 mol/L KCl浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3HR型，德國(guó)SEAL公司)測(cè)定。

圖1　采樣點(diǎn)Fig. 1　Sampling points

1.3數(shù)據(jù)處理

土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量數(shù)據(jù)空間變異性、隨海拔高度變化趨勢(shì)分析采用SPSS 20.0進(jìn)行，空間變異模型及局部kriging插值分析采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+9.0進(jìn)行。

不同層次土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的空間變異性采用變異系數(shù)(C.V)進(jìn)行評(píng)價(jià)，變異系數(shù)越大則說(shuō)明數(shù)據(jù)越分散，該指標(biāo)的空間異質(zhì)性越高，其計(jì)算公式:

(1)

土壤氮素含量的空間依賴性采用空間模型的塊金值(C0)與基臺(tái)值(C+C0)的比值進(jìn)行評(píng)價(jià)，若該比值越高，說(shuō)明隨機(jī)部分引起的空間變異性程度越高，反之則說(shuō)明空間自相關(guān)部分引起的空間變異性程度越大。若該比值接近1，則說(shuō)明該變量在整個(gè)尺度上具有恒定的變異。當(dāng)該比值<25%時(shí)，空間相關(guān)性強(qiáng)，比值在25%—75%時(shí)空間相關(guān)性中等，該比值>75%時(shí)，空間相關(guān)性弱[5]。

2結(jié)果與分析

2.1土壤氮含量分布特征2.1.1不同層次分布特征

供試0—10 cm和10—20 cm兩個(gè)層次上土壤氮素的空間分布特征如圖2所示，由圖可知，土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為：0—10 cm>10—20 cm。

圖2　土壤氮素空間分布特征Fig. 2　Soil TN、NN and AN contents

在0—10 cm層次土壤全氮含量為(3.40±1.19)g/kg，數(shù)據(jù)具有相對(duì)較大的空間變異性，變異系數(shù)為34.95%。10—20 cm層次上全氮含量為(2.32±0.50) g/kg，數(shù)據(jù)空間變異相對(duì)較小，變異系數(shù)為21.49%，由供試兩個(gè)層次土壤全氮含量的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)可知，全氮含量在0—10 cm層次上的空間變異大于10—20 cm。0—10 cm層次土壤全氮含量較10—20 cm高47%，二者之間具顯著性差異(P<0.05)。

0—10 cm和10—20 cm層次土壤銨態(tài)氮含量分別為(360.55±97.72) mg/kg和(273.15± 64.97) mg/kg，數(shù)據(jù)變異系數(shù)分別為27.10%和23.78%，即銨態(tài)氮含量空間變異性表現(xiàn)為：0—10 cm>10—20 cm，與土壤全氮變化規(guī)律一致。表層0—10 cm土壤銨態(tài)氮含量較10—20 cm高32%，兩個(gè)層次土壤銨態(tài)氮含量之間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

土壤硝態(tài)氮在供試區(qū)0—10 cm和10—20 cm層次上含量分別為(98.45±22.00) mg/kg和(83.72±33.52) mg/kg，變異系數(shù)分別為22.35%和40.04%，由此可知，在空間尺度上土壤硝態(tài)氮含量在0—10 cm具有較小的空間變異性。0—10 cm和10—20 cm兩個(gè)層次土壤硝態(tài)氮含量間差異并未達(dá)顯著水平，0—10 cm層次含量較10—20 cm高17.60%。

2.1.2隨海拔高度的變化特征

土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量沿海拔高度變化而變化如圖2所示，三者均表現(xiàn)為隨著海拔高度的升高而增加，但線性增加趨勢(shì)均未達(dá)顯著水平。在0—10 cm層次上，土壤全氮含量隨海拔高度變化而變化的線性趨勢(shì)檢驗(yàn)P=0.19>0.05，線性趨勢(shì)線斜率為0.004，10—20 cm上線性增加趨勢(shì)線顯著性檢驗(yàn)P=0.063>0.05，線性趨勢(shì)斜率為0.0023。土壤銨態(tài)氮含量在0—10 cm層次上線性方程檢驗(yàn)P=0.08>0.05，趨勢(shì)線斜率為0.4151；10—20 cm層次上線性趨勢(shì)方程檢驗(yàn)P=0.36>0.05，趨勢(shì)線斜率為0.1523，由此可知，土壤銨態(tài)氮在0—10 cm層次上隨海拔高度升高而增加的線性趨勢(shì)較10—20 cm層次明顯。土壤硝態(tài)氮含量在0—10 cm層次上，隨海拔高度而變化的趨勢(shì)線斜率為0.04，趨勢(shì)線擬合未達(dá)顯著水平P=0.07>0.05。10—20 cm層次上，擬合趨勢(shì)線斜率為0.075，線性趨勢(shì)檢驗(yàn)P=0.09>0.05，未達(dá)顯著水平。

2.2土壤氮含量空間變異特征2.2.1土壤全氮空間變異與插值分析

由于同一樣點(diǎn)不同層次土壤氮素含量之間具有顯著正相關(guān)關(guān)系，故在本研究中只對(duì)表層0—10 cm層次上土壤氮含量的空間分布特征進(jìn)行模擬分析。供試區(qū)域土壤全氮的半方差函數(shù)如圖3所示，該區(qū)域土壤全氮的空間變異性符合指數(shù)函數(shù)模型。模型塊金值C0=1.81，模型基臺(tái)值C+C0=3.62，模型相關(guān)系數(shù)為0.5079(P<0.01)。由模型塊金值C0與基臺(tái)值C0+C的比值(50%)可知，其比值在25%—75%之間，表明該區(qū)域內(nèi)土壤全氮含量具有中等程度的空間依賴性。

圖3　土壤氮素的半方差函數(shù)Fig. 3　The semivariogram of soil TN,AN and NN

對(duì)研究區(qū)域土壤全氮含量的空間變化采用kriging插值法進(jìn)行估值，如圖4所示，由圖可知，研究區(qū)域內(nèi)，土壤全氮含量均表現(xiàn)為溝壑區(qū)高，而兩側(cè)坡面位置較低，這可能與植被凋落物氮礦化作用有關(guān)。且在隨著坡面高度變化，土壤全氮含量變化表現(xiàn)為在供試區(qū)域坡面中部含量較高，而坡上部和下部較低。

圖4　土壤氮的Kriging插值分析Fig. 4　Spatial distribution of Kriging estimated soil TN、AN and NN

2.2.2土壤銨態(tài)氮空間變異與插值分析

經(jīng)對(duì)供試土壤銨態(tài)氮進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)分析去除了兩個(gè)大離群值后，土壤銨態(tài)氮含量符合正態(tài)分布。然后對(duì)土壤銨態(tài)氮含量進(jìn)行半方差函數(shù)分析，可得如圖3所示，由圖可知，銨態(tài)氮含量空間變異特征符合高斯模型，模型r值為0.8228，模型檢驗(yàn)達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。塊金值與基臺(tái)值比值為70.91%，在25%—75%之間，即土壤銨態(tài)氮具有中等程度的空間相關(guān)性。

對(duì)土壤銨態(tài)氮采用Kriging插值法進(jìn)行估值分析后可得其在供試區(qū)的空間分布特征(圖4)，在空間分布上土壤銨態(tài)氮同樣表現(xiàn)出在地勢(shì)較低的溝谷地帶，土壤銨態(tài)氮含量高，而兩側(cè)的坡面位置含量相對(duì)較低。

2.2.3土壤硝態(tài)氮空間變異與插值分析

經(jīng)過(guò)對(duì)供試區(qū)0—10 cm層次上土壤硝態(tài)氮含量進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，在剔除離群值后符合正態(tài)分布，故進(jìn)行空間分布的地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。土壤硝態(tài)氮含量的半方差函數(shù)如圖3所示，土壤硝態(tài)氮含量空間變異符合高斯函數(shù)模型，空間分布?jí)K金值(C0)/基臺(tái)值(C0+C)=37.45%，即土壤硝態(tài)氮具有中等程度的空間相關(guān)性。通過(guò)Kriging插值分析(圖4)，可知該區(qū)域土壤硝態(tài)氮含量較高值主要分布在溝谷區(qū)，而坡面土壤硝態(tài)氮含量相對(duì)較低。

3討論

3.1不同層次土壤氮含量空間變異特征

大量研究表明，森林生態(tài)系統(tǒng)土壤氮素含量主要表現(xiàn)為0—10 cm>10—20 cm[6- 7]，本研究中，供試區(qū)域土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為：0—10 cm>10—20 cm，即森林生態(tài)系統(tǒng)土壤氮素表現(xiàn)出一定的“表聚”作用。同時(shí)表層0—10 cm土壤全氮、銨態(tài)氮含量空間變異性大于亞表層(10—20 cm)，這與表層土壤更易受到植物殘?bào)w分解、大氣氮沉降、氮的淋洗等關(guān)鍵氮循環(huán)過(guò)程有關(guān)。植物殘?bào)w分解釋放養(yǎng)分是土壤無(wú)機(jī)養(yǎng)分輸入和植物養(yǎng)分供給的一個(gè)重要途徑，在全球養(yǎng)分循環(huán)方面起著非常重要的作用[8- 9]，對(duì)歐洲6個(gè)主要樹(shù)種枯落物氮進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)每年枯落物氮含量在35.2—69.2 kg hm-2a-1之間[10]，林波[11]等研究了川西地區(qū)亞高山40 a人工云杉林凋落物可以歸還土壤N素達(dá)到82.01 kg/hm2。而植被枯落物分解氮釋放首先作用于表層土壤，故受不同采樣點(diǎn)植被枯落物數(shù)量和質(zhì)量差異的影響，不同區(qū)域0—10 cm層次土壤氮素含量具有更大的空間差異，而亞表層10—20 cm則受地表植被枯落物分解的影響相對(duì)較小，而使氮含量具有相對(duì)小的空間變異。大氣干濕沉降也是森林生態(tài)系統(tǒng)氮輸入的重要途徑之一，不同采樣點(diǎn)由于植被覆蓋度不同而使地表土壤接收沉降氮量也不同，而沉降氮首先作用于表層土壤，從而引起較大的表層土壤氮素的空間變異性。

由于海拔條件決定了大氣溫度、濕度和植被條件等，從而對(duì)土壤氮循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生一定的影響，并影響土壤氮形態(tài)、含量和有效性[12- 13]。但關(guān)于土壤氮素隨海拔梯度的變化而變化的趨勢(shì)研究結(jié)果不一致，有研究表明土壤全氮含量隨海拔的降低而降低[14- 15]，也有研究表明土壤全氮在海拔高度上沒(méi)有固定的變化趨勢(shì)[16]。本研究中，土壤氮素表現(xiàn)為隨海拔高度的升高而呈升高趨勢(shì)，但線性相關(guān)趨勢(shì)并未達(dá)顯著水平，其中硝態(tài)氮含量隨海拔高度變化而升高的趨勢(shì)明顯優(yōu)于土壤全氮和銨態(tài)氮。土壤全氮在研究區(qū)域中部坡位具有最高值，而在坡上部和下部值均較小，這應(yīng)與不同區(qū)域不同主導(dǎo)類型植被對(duì)土壤氮轉(zhuǎn)化和吸收消耗有關(guān)。有研究表明，植被類型對(duì)土壤氮礦化轉(zhuǎn)化過(guò)程起著非常重要的作用[17]，針葉林土壤氮礦化速率顯著低于闊葉林[18]，在該研究區(qū)域上，坡中部主要為高大的松針林，而坡上部則主要為杜鵑林，中部針葉林土壤具有較低的氮礦化速率，降低了氮的損失風(fēng)險(xiǎn)，從而使土壤具有相對(duì)較高的含氮量。

3.2土壤無(wú)機(jī)氮含量特征

本研究中，土壤銨態(tài)氮占無(wú)機(jī)氮比例遠(yuǎn)高于硝態(tài)氮，0—10 cm層次上土壤硝態(tài)氮占無(wú)機(jī)氮的比例平均為(21.84±3.97)%，而銨態(tài)氮所占比例則為(78.16±3.97)%。這與大量學(xué)者研究結(jié)果一致，莫江明[19]等研究鼎湖山馬尾松人工林土壤銨態(tài)氮所占全氮的比例遠(yuǎn)高于硝態(tài)氮，張學(xué)龍[20]等也研究得到祁連山青海云杉林土壤銨態(tài)氮是土壤有效氮的主要存在形式，所占比例在70%以上，王光軍[21]等研究也表明銨態(tài)氮是森林土壤無(wú)機(jī)氮的主體形態(tài)。一般地，在低pH值、缺氧環(huán)境條件下不利于銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，使銨態(tài)氮積累增加，硝態(tài)氮含量較低。本研究中，供試區(qū)域土壤pH值為4.90±0.65，為強(qiáng)酸性土壤，同時(shí)受高海拔缺氧等環(huán)境因子的影響，使該區(qū)域土壤銨態(tài)氮含量表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于硝態(tài)氮含量的規(guī)律。

3.3土壤氮空間變異模型

本研究中，土壤全氮空間變異符合指數(shù)函數(shù)模型，而銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的空間變異性符合高斯模型，且全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均具有中等程度的空間依賴性。在不同區(qū)域和森林類型條件下，得到不同的土壤氮素空間分布模型，長(zhǎng)白山闊葉紅松混交林區(qū)域土壤全氮空間分布符合球狀模型[22]，而長(zhǎng)白山天然次生林土壤全氮含量符合指數(shù)函數(shù)模型[23]，與本研究結(jié)果一致。由土壤氮素空間分布?jí)K金值(C0)與基臺(tái)值(C0+C)比值可知，土壤硝態(tài)氮含量空間依賴性最強(qiáng)，其次為全氮，空間依賴性最小的為銨態(tài)氮，其值分別為37.45%、50%和70.91%，即空間隨機(jī)環(huán)境因子對(duì)土壤銨態(tài)氮含量影響程度大于其空間結(jié)構(gòu)因素，這與土壤氮礦化轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮敏感地響應(yīng)于地表氣候因子影響有關(guān)[24]，地表空間結(jié)構(gòu)性又決定了地表土壤含水量、溫度等因子，從而使土壤銨態(tài)氮含量具有更強(qiáng)的空間結(jié)構(gòu)依賴性。

通過(guò)空間插值分析，可以得到土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均表現(xiàn)為溝谷區(qū)含量大于坡面，這應(yīng)是植被凋落物的堆積分解及不同位置植被凋落物分解過(guò)程中氮礦化作用條件不一致所致。凋落物量是生態(tài)系統(tǒng)土壤氮的重要輸入，決定著土壤有機(jī)氮庫(kù)的大小[25]。在溝谷區(qū)便于累積更多的枯落物，且具有高濕的分解條件，更有利于植物殘?bào)w分解和氮素的釋放。其次還可能與兩側(cè)坡面土壤在水溶淋洗的作用下養(yǎng)分更容易向地勢(shì)較低的溝壑區(qū)轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致溝壑區(qū)養(yǎng)分含量較高有關(guān)。同時(shí)在小的空間尺度上，土壤氮凈礦化速率和凈硝化速率也主要受植物殘?bào)w枯落物輸入量的驅(qū)動(dòng)[4]，故在不同位置植物殘?bào)w數(shù)量不同，土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量也表現(xiàn)出了溝谷區(qū)大于坡面的空間變化特征。然而山地森林生態(tài)系統(tǒng)由于其地形變化非常復(fù)雜，導(dǎo)致土壤表面不同的微環(huán)境條件，進(jìn)一步影響地下土壤氮的物質(zhì)過(guò)程，尤其是西藏高寒森林表層植被枯落物層的分解和氮釋放對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)土壤氮含量、形態(tài)及遷移的影響效應(yīng)及機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

(1)土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為0—10 cm>10—20 cm，且兩個(gè)層次上的空間變異表現(xiàn)為全氮、銨態(tài)氮為0—10 cm>10—20 cm，而硝態(tài)氮的空間變異性表現(xiàn)為10—20 cm>0—10 cm。

(2)土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量在兩個(gè)供試層次上均表現(xiàn)為隨著海拔高度升高而震蕩增加的趨勢(shì)，但線性增加趨勢(shì)均未達(dá)顯著水平。

(3)土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均具有中等程度的空間依賴性性，其中全氮空間變異符合指數(shù)函數(shù)模型而銨態(tài)氮和硝態(tài)氮空間變異符合高斯模型;土壤全氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量空間依賴性表現(xiàn)為：硝態(tài)氮>總氮>銨態(tài)氮，即土壤銨態(tài)氮含量空間變異更易受到隨機(jī)因素的影響，硝態(tài)氮更易受到結(jié)構(gòu)因素的影響。

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Spatial distribution of soil nitrogen in gully hillsides of Sejila Mountain,

Southeastern Tibet

LIU Heman*, CAO Lihua, ZENG Jiaqin

AgriculturalandAnimalHusbandryCollegeofTibetUniversity,Linzhi860000,China

Abstract：Nitrogen (N) is one of the most important nutrients for plant growth, yet it has high spatial variability because of the effects of topography, climate, and vegetation. Therefore, it is critical to demonstrate and model the distribution of N to enhance our understanding of N variability and related factors. We used Sejila Mountain (elevation of approximately 3950—4350 m) in southeastern Tibet as a model area to examine the spatial pattern of N distribution. We applied a 30 × 50-m grid sampling method and the geostatistical semivariogram analysis to study the spatial variability and distribution of the soil total N (TN), nitrate-N (NN), and ammonium-N (AN) in both valleys and slopes of the Sejila Mountain. The TN, NN, and AN contents in the 0—10cm layer were higher than those in the 10—20cm layer: (3.40±1.19) g/kg and (2.32±0.50) g/kg, respectively, for TN (P < 0.05); (360.55±97.72) mg/kg and (273.15±64.97) mg/kg, respectively, for AN (P < 0.01); and (98.45±22.00) mg/kg and (83.72±33.52) mg/kg, respectively, for NN (not significantly different). AN comprises a greater fraction of the mineral N than NN, and in the 0—10cm layer, the proportions of AN and NN were (78.16±3.97)% and (21.84±3.97)%, respectively. The spatial variability of TN and AN in the 0—10cm layer was higher than that in the 10—20cm layer, but the opposite was found for NN. The coefficients of variation in spatial distribution for TN, AN, and NN in 0—10cm and 10—20cm layers were 34.95% and 21.49% for TN, 27.10% and 23.78% for AN, and 22.35% and 40.04% for NN, respectively. The N content in 0—10cm and 10—20cm layers increased with increasing elevation, but the increase was not significant (P > 0.05). The TN content showed a higher dependency on altitude in the 10—20cm layer than in the 0—10cm layer, whereas the opposite effect was found for NN and AN. The soil N contents in the valleys were higher than those on the slopes, which may have been related to high levels of accumulation and decomposition of vegetation residues in the gully areas. These results imply that the effects of microtopography should be considered when assessing the spatial heterogeneity of N. The distribution of soil TN, AN, and NN showed a moderate spatial correlation. The spatial variability of soil TN followed an exponential function model and the nugget:sill ratio was 50%. Gaussian models were the optimal models for AN and NN, and the nugget:sill ratios were 70.91% and 37.45% for AN and NN, respectively. The spatial autocorrelation of the soil TN, NN, and AN in the study area decreased from NN to TN and AN. The spatial variability of soil NN was affected more by spatial structural factors, whereas soil AN was affected by random factors.

Key Words:Sejila Mountain; total nitrogen; nitrate-nitrogen; ammonium-nitrogen; spatial variability

DOI:10.5846/stxb201407241502

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hmliu@cau.edu.cn

收稿日期:2014- 07- 24; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 11

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41161052, 41461054, 41461055)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)-西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院青年教師科研合作培育專項(xiàng))；生態(tài)學(xué)學(xué)科學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)能力提升項(xiàng)目資助

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