吳夢潔，馮競仙，楊紅玉，尹云鋒

(福建師范大學(xué)a.地理科學(xué)學(xué)院,b.地理學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，福州 350007)

測定土壤理化性質(zhì)指標(biāo)需要樣品進(jìn)行風(fēng)干處理，亦有研究采用烘干樣品分析[1]。土壤樣品經(jīng)過風(fēng)干后，會引起其理化性質(zhì)的變化[2]。目前國內(nèi)外關(guān)于樣品前處理方法對土壤特定指標(biāo)影響的研究較多。如Richmond[3]曾證明風(fēng)干土壤會在一定程度上增加土壤表面酸度；ЛИ和張道勇[4]認(rèn)為風(fēng)干處理使土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)遭局部破壞，土壤微生物與土壤酶活性亦受到影響；劉岳燕[5]研究土壤預(yù)處理與保存方法對淹育水稻土微生物多樣性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)淹育冷凍處理的土壤微生物多樣性與淹育對照處理的結(jié)果更接近。

在土壤微生物學(xué)研究中，磷脂脂肪酸(PLFA)方法可以表征微生物群落結(jié)構(gòu)，具有對試驗(yàn)條件要求低、測試功能多和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[6]，該方法要求采用凍干土壤樣品[7]。如果實(shí)驗(yàn)中分析PLFA指標(biāo)，也需要測定土壤基本理化性質(zhì)，以往操作是將部分土樣風(fēng)干用于理化性質(zhì)分析，部分土樣冷凍干燥用于PLFA測定。如果冷凍干燥樣品能夠替代風(fēng)干樣品用于土壤理化性質(zhì)分析，則可以降低實(shí)驗(yàn)樣品用量，并提高實(shí)驗(yàn)效率。目前未見針對冷凍干燥和風(fēng)干處理方法對土壤基本指標(biāo)測定結(jié)果的對比研究，而在實(shí)際工作中土壤風(fēng)干前處理方法具有耗時(shí)較長和實(shí)驗(yàn)效率較低等不足。為此，以福建省建甌萬木林自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的紅壤作為研究對象，3種土地利用方式的土壤本底差異極大，具有一定代表性，分析風(fēng)干、冷凍干燥處理對土壤酸度和養(yǎng)分含量的影響，探討冷凍干燥處理能否替代風(fēng)干土壤樣品處理方法，以期為提高實(shí)驗(yàn)分析效率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

土壤樣品采自福建省萬木林自然保護(hù)區(qū)(27°03′N,118°09′E)，位于建甌市房道鎮(zhèn)境內(nèi)。該區(qū)平均海拔556 m，面積189 hm2，多年平均氣溫19.3 ℃，多年平均降水量1 600～1 800 mm，日照1 612 h，無霜期286 d，相對平均濕度達(dá)80%，土壤為花崗巖發(fā)育的普通山地紅壤[8]。本研究所選用3種土地利用方式的林地基本狀況如下：(1)細(xì)柄阿丁楓天然林(Altingiagracilipesnative forest，AG)：該林地是本區(qū)保存相對較完整的中亞熱帶天然常綠闊葉林。群落沿山脊向下延伸，光照條件差，季相變化不明顯[9]。植被主要有細(xì)柄阿丁楓、米櫧(Castanopsiscarlesii)、木荷(Schimasuperba)、草珊瑚(Sarcandraglabra)、狗骨柴(Tricalysiadubia)等。(2)杉木人工林(Cunninghamialanceolataplantation forest,CF)：該林地是由天然林皆伐后營造的杉木人工林。主要植被有狗骨柴和草珊瑚、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)以及狗脊(Woodwardiajaponica)等。(3)柑橘園(Citrusaurantiumorchard,CA)：植被主要有雀舌草(Stellariaalsinegrimm)、蓮子草(Alternantherasessilis)、早熟禾(Poaannua)等。主要管理方式為定期施肥并適當(dāng)噴灑農(nóng)藥。

2017年12月采集土樣，在每種林地除去約5 m的邊緣區(qū)，在上、中、下坡各設(shè)置1塊標(biāo)準(zhǔn)地，相當(dāng)于3個(gè)重復(fù)，標(biāo)準(zhǔn)地大小視林地大小而定。在每塊樣地用取土轉(zhuǎn)按S型取15個(gè)樣點(diǎn)(土層0～20 cm)，混合均勻后裝入自封袋中，人工剔除凋落物、細(xì)根和小石塊等雜物，過2 mm尼龍篩后部分土壤樣品放在陰涼通風(fēng)處進(jìn)行自然風(fēng)干處理；部分土壤樣品則放在-80 ℃冰箱內(nèi)冷凍之后再置于冷凍干燥機(jī)中48 h。供試土壤基本性質(zhì)見表1。

表 1 供試土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of tested soils

注：AG為細(xì)柄阿丁楓天然林,CF為杉木人工林,CA為柑橘園;數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差;同一列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，下同。

1.2 指標(biāo)測定

土壤pH值采用便攜式pH計(jì)(STARTER 300)測定，水土比例為2.5∶1；土壤全碳和全氮用碳氮元素分析儀(Elementar Vario EL III，德國)測定；堿解氮采用堿解-擴(kuò)散法測定；速效鉀采用醋酸銨提取—火焰光度計(jì)法測定，測定方法參照文獻(xiàn)[1]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和回歸分析，運(yùn)用 SPSS 19.0進(jìn)行t檢驗(yàn)、單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異(LSD)分析不同處理間的差異顯著性(ɑ=0.05)。

表 2 冷凍干燥和風(fēng)干處理的相關(guān)指標(biāo)回歸分析Table 2 Regression analysis of relevant indexes between freeze-drying soil and air-drying soil

相關(guān)指標(biāo)回歸方程判定系數(shù)R2P< 0.01pH值y = 0.933x + 0.3560.992P< 0.01全碳y = 0.976x- 0.2270.992P< 0.01全氮y = 1.019x- 0.0730.997P< 0.01堿解氮y = 1.355x- 32.3010.835P< 0.01速效鉀y = 1.008x+ 4.4440.993P< 0.01

注：y為風(fēng)干處理的測定值，x為冷凍干燥處理的測定值。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷凍干燥和風(fēng)干處理對土壤酸度的影響

AG土壤pH值為4.23，CF土壤pH值為5.19，而CA土壤pH值為5.60，均呈酸性(表1)。由表2可知，冷凍干燥處理和風(fēng)干處理下測定的pH值存在極顯著的線性關(guān)系(P<0.01)。統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)一步表明，冷凍干燥和風(fēng)干處理測定的土壤pH值無顯著差異(表3)。

表 3 冷凍干燥和風(fēng)干處理的相關(guān)指標(biāo)比較Table 3 Comparison of relevant indexes between freeze-drying soil and air-drying soil

注：FD為冷凍干燥處理的土壤，AD為風(fēng)干處理的土壤。

2.2 冷凍干燥和風(fēng)干處理對全碳和全氮的影響

供試土壤的全碳含量介于17.85～51.19 g·kg-1之間，而全氮含量在1.57～3.24 g·kg-1之間(表1)?；貧w分析發(fā)現(xiàn)，冷凍干燥與風(fēng)干處理測定的土壤全碳含量之間呈現(xiàn)極顯著的線性關(guān)系，而全氮含量也符合極顯著的線性關(guān)系(表2)。由表3可見，冷凍干燥和風(fēng)干處理的土壤全碳含量或全氮含量無顯著差異(P>0.05)。

2.3 冷凍干燥和風(fēng)干處理對堿解氮和速效鉀的影響

3種土地利用方式下的土壤堿解氮與速效鉀含量分別在123.42～190.37 mg·kg-1和55.41～154.08 mg·kg-1范圍內(nèi)(表1)。2種前處理方法測定的土壤堿解氮之間依然符合極顯著的線性關(guān)系，R2為0.835，而土壤速效鉀含量之間也具有極顯著的線性關(guān)系，R2為0.993(表2)；對于土壤堿解氮含量和土壤速效鉀含量，冷凍干燥和風(fēng)干處理測定的結(jié)果并無顯著差異(表3)。

3 討論

目前有關(guān)樣品前處理方法對土壤理化性質(zhì)的影響研究已有報(bào)道。如孟盈和沙麗清[10]研究風(fēng)干和烘干2種前處理方式對3種不同熱帶森林土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的影響，發(fā)現(xiàn)人工林和次生林風(fēng)干土的銨態(tài)氮含量略低于烘干土，但硝態(tài)氮含量顯著高于烘干土；而季節(jié)雨林風(fēng)干土的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均高于烘干土。本研究表明，冷凍干燥和風(fēng)干2種處理方法測定的土壤pH值、全碳、全氮和速效鉀含量均無顯著差異，并且回歸方程的回歸系數(shù)接近于1，說明冷凍干燥處理可以替代風(fēng)干處理進(jìn)行上述指標(biāo)的測定。但是，2種處理方法測定的土壤堿解氮盡管統(tǒng)計(jì)分析并不顯著，回歸方程也達(dá)到了極顯著水平(表2)，但冷凍干燥處理測定的結(jié)果偏低。因此，冷凍干燥處理替代風(fēng)干處理進(jìn)行土壤堿解氮測定的做法還有待斟酌。導(dǎo)致冷凍干燥測定結(jié)果偏低的原因可能在于低溫減少了部分有機(jī)態(tài)氮和無機(jī)態(tài)氮的數(shù)量。土壤在干燥過程中，溫度對土壤無機(jī)態(tài)氮的數(shù)量有較大的影響[11]，且土壤易礦化有機(jī)態(tài)氮的數(shù)量因處理溫度的不同而有較大的差異[12]。沈其榮和史瑞和[13]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)干處理明顯地加速了土壤有機(jī)氮的礦化，這與本研究的結(jié)果基本一致。此外，土壤氮組分在冷凍干燥處理過程中也可能發(fā)生轉(zhuǎn)化，宋建國等[11]對19種不同肥力水平的土壤進(jìn)行3種干燥處理，土壤經(jīng)連續(xù)24 h不同溫度(自然風(fēng)干、40 ℃、105 ℃)干燥處理后，隨著干燥溫度的升高，土壤銨態(tài)氮的含量有所增加，特別是在105 ℃高溫干燥處理后明顯升高；而不同溫度干燥處理對土壤硝態(tài)氮的含量影響不大。而李楠和劉偉[14]研究發(fā)現(xiàn)，土壤可溶性有機(jī)態(tài)氮的數(shù)量隨著處理溫度的升高有增加的趨勢，其中105 ℃處理的明顯高于鮮土、風(fēng)干土和40 ℃處理的土樣。

4 結(jié)論

采用來自3種不同土地利用方式的普通山地紅壤，選擇冷凍干燥和風(fēng)干作為土壤前處理方法。同風(fēng)干處理相比，冷凍干燥后土壤的pH值、全碳、全氮、速效鉀含量無顯著變化，因此采用冷凍干燥處理后的土壤樣品測定上述指標(biāo)更加方便。但冷凍干燥替代風(fēng)干處理進(jìn)行土壤堿解氮測定需要慎重。另外，由于本研究僅選擇普通山地紅壤，是否適用于其他類型土壤還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。