劉本法 顏鳳 喬亞軍

摘要：土壤氮元素是植物生長的重要營養(yǎng)元素，不同土地利用類型對土壤氮元素的影響不同。近年來，濱海濕地的圍墾作為應對土地資源短缺的一個重要對策被廣泛地使用，而由圍墾所導致的不同土地類型對土壤氮元素影響方面的研究較少。通過比較鹽城圍填海區(qū)域蘆葦沼澤、農田、鹽田、魚塘、城鎮(zhèn)建設和光灘6種土地類型對植物地上生物量、土壤總氮含量、銨態(tài)氮變化量和硝態(tài)氮變化量、土壤氮礦化速率的影響，試圖探討不同土地利用類型對土壤氮元素的影響。研究結果表明，蘆葦沼澤的植物總生物量遠高于其他圍填海類型;與蘆葦沼澤相比，農田和魚塘土壤總氮含量水平偏高，對土壤總氮影響較大;農田和魚塘以外的其他土地利用類型土壤的銨態(tài)氮含量均呈上升趨勢;魚塘中土壤硝態(tài)氮含量的增加量顯著高于蘆葦沼澤土地利用類型;不同圍填海利用類型的氮礦化速率隨著土壤深度的增加而減小，其中魚塘氮礦化速率顯著高于其他土地利用類型。以上研究結果表明，與其他幾種土地利用類型相比，農田和魚塘土地類型的總氮含量與硝態(tài)氮含量較高，對濱海濕地氮元素的平衡有較大影響，應適度開發(fā)。

關鍵詞：圍填海;土地利用類型;總氮;生物量;氮礦化速率

氮元素是植物生長的重要營養(yǎng)元素，也是土壤生產力的重要限制性因子，在濕地生態(tài)系統(tǒng)中顯得尤為重要[1]。土壤中的氮素主要以有機氮和無機氮2種形式存在，其中有機氮占據(jù)著土壤總氮的主要部分，無機氮只占土壤總氮的很少部分[2]。土壤氮礦化是土壤有機氮向無機氮轉化的過程，土壤氮礦化過程主要受環(huán)境因子的影響[3]。

近年來濱海濕地圍墾作為應對土地資源短缺的一個重要對策，被全球范圍內廣泛應用[4-6]。圍墾可以顯著改變?yōu)I海濕地土壤的理化性質，對土壤的氮礦化過程產生巨大影響。大面積的圍墾對濱海濕地造成諸多不利影響，如改變區(qū)域的潮流運動特性，引起泥沙沖淤和營養(yǎng)物質遷移規(guī)律的變化，嚴重破壞了濱海區(qū)域生態(tài)環(huán)境[7]。如何平衡濱海濕地的發(fā)展及其保護已成為一個亟待解決的問題[8-12]。隨著圍填海面積越來越大，怎樣合理規(guī)劃和利用圍填海正成為生態(tài)學家研究的熱點之一[6，13]。

濱海濕地的圍墾產生了各種不同的土地利用類型，而不同土地利用方式是濱海濕地土壤理化特性改變的重要影響因素。有研究表明，河口灘地圍墾后土壤電導率迅速下降，pH值和碳酸鹽含量也顯著下降，而圍墾后的農田由于連年的耕作施肥使土壤總氮和有機碳含量顯著增加，進一步加劇了土壤有機質表層與下層的含量差異[14]。Li等也發(fā)現(xiàn)圍墾后的土壤有機質、可利用的磷元素、硝態(tài)氮的空間分布與圍墾時間與土地利用類型緊密聯(lián)系[15]。

氮元素不僅是有機體內核酸和蛋白質的基本組成元素，也被認為是濱海濕地進程，如初級資源產量的一個重要的限制性因子，因此研究濱海濕地土壤氮含量的變化顯得尤為重要[16]。土壤氮元素的研究現(xiàn)大多集中在不同濱海濕地對土壤氮元素的影響方面，而關于濱海濕地圍墾形成的不同土地類型對土壤氮元素影響方面的研究較少。不同的土地利用方式對土壤氮元素的影響，如農田土地利用類型中農民施加的氮肥、城建土地類型上人類建設活動等對土壤氮元素的影響各不相同。本試驗通過研究鹽城圍填海的6種不同土地利用類型（蘆葦沼澤、農田、鹽田、魚塘、城鎮(zhèn)建設用地、光灘），對植物生物量、土壤總氮含量、銨態(tài)氮變化量、硝態(tài)氮變化量、土壤氮礦化速率的影響，試圖揭示不同圍填海土地利用類型對土壤氮元素的影響規(guī)律，以期為濱海濕地圍填?；顒拥挠行Ч芾硪约盀I海濕地土地的合理利用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 取樣地點和方法

研究地點位于江蘇鹽城32°35′～34°28′N和119°37′～120°53′E，處于亞熱帶區(qū)域。年平均氣溫為13.7～14.8 ℃，年平均降水量是1 010 mm[17]。自然植被群落從沿海到內陸呈現(xiàn)分層模式，依次是光灘區(qū)域、互花米草占主導的植被群落、鹽地堿蓬植被群落、白茅草、蘆葦以及其他旱生植被群落;另外，從沿海到內陸，海三棱藨草呈現(xiàn)散亂的分布[18]。

通過對鹽城圍填海區(qū)域的實地調查，結合不同時期的遙感影像圖，找出圍填海區(qū)域并確定不同的土地利用類型，分為蘆葦沼澤、農田、鹽田、魚塘、城鎮(zhèn)建設、光灘6種不同的土地類型。本試驗在江蘇省大豐麋鹿國家級自然保護區(qū)和江蘇省射陽鹽場及周邊圍填海地區(qū)確定了7個樣地，即蘆葦沼澤、鹽田、魚塘、城鎮(zhèn)建設、小麥農田、油菜農田、光灘。在2016年的6月中下旬進行取樣，每個樣地隨機選取4個采樣點，每個采

樣點的大小為30 cm×30 cm，分別采集樣方內的土壤與植物部分。土壤樣品分為3層（0～10、10～20、20～30 cm）收集;植物分部位收集，包括根、莖、葉、種子和地上凋落物。

植物樣品帶回實驗室后，各個部位用自來水分別清洗干凈，然后在80 ℃條件下烘干至恒重用來計算各植物部位生物量。土壤樣品用流動分析儀分別測定土壤硝態(tài)氮（NO3--N）和銨態(tài)氮（NH4+-N）含量。另外，在原取樣地點取回土壤進行室內培養(yǎng)試驗，用冰箱保存取回來的濕土，調節(jié)土壤的含水量為野外自然含水量，置于塑料瓶內，用封口膜封好，置于25 ℃的培養(yǎng)箱內，遮光培養(yǎng)。每隔一周打開封口膜換氣，并加水至培養(yǎng)前的質量以補充蒸發(fā)的水量。培養(yǎng)28 d后，測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，并分別對比了室內培養(yǎng)前后，不同土地利用類型的土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的變化量。

1.2 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行分析，利用單因素方差分析對數(shù)據(jù)如下幾個方面進行檢測：（1）不同土地利用類型之間植物生物量的差異顯著性;（2）土壤總氮含量、硝態(tài)氮變化量、銨態(tài)氮變化量、土壤氮礦化速率在同一土壤深度下不同土地利用類型之間的差異顯著性;（3）土壤總氮含量、硝態(tài)氮變化量、銨態(tài)氮變化量、土壤氮礦化速率在同一土地類型不同土壤深度之間的差異顯著性。

其中，鹽田、魚塘、城鎮(zhèn)建設、光灘4種土地利用類型的土樣中基本沒有植物，無法做生物量分析，因此，筆者比較了蘆葦沼澤、小麥農田、油菜農田這3種土地利用方式的植物生物量。

2 結果與分析

2.1 不同土地利用類型的植物生物量

蘆葦沼澤的植物總生物量為（5 763.00±543.52） g/m2，遠高于小麥農田和油菜農田，幾近小麥農田和油菜農田的2倍（表1）。從植物根部生物量來看，蘆葦沼澤最高，而油菜農田最低;從植物莖的生物量來看，也是蘆葦沼澤最高，而小麥農田最低;從植物葉子的生物量來看，油菜農田最高，小麥農田最低;從植物種子的生物量來看，小麥農田最高而蘆葦沼澤最低，與植物莖正好相反;從植物地上凋落物種子的生物量來看，蘆葦沼澤最高而油菜農田最低，規(guī)律與植物根部生物量一致。

2.2 不同土地利用類型土壤總氮含量

由圖2可知，除城建外的各個土地類型的土壤總氮含量都隨著土壤深度的增加而減少;城建土壤總氮含量在10～20 cm 的土壤深度時最高，在20～30 cm時最低;魚塘土地利用類型各個土壤深度中的總氮含量都遠高于其他類型，其次為農田和蘆葦沼澤土地類型，鹽田、光灘和城建土地類型土壤總氮相對來說較低。在深度為0～10 cm的土壤中，魚塘土壤總氮含量最高，城建最低;在深度為10～20 cm的土壤中，魚塘總氮含量最高，鹽田最低;在深度為20～30 cm的土壤中，魚塘總氮含量最高，而鹽田與城建總氮含量相差不大且較低。

2.3 不同土地利用類型對土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮變化量的影響

由圖3可知，室內培養(yǎng)之后，農田、魚塘的土壤銨態(tài)氮含量在各土壤深度均有所減少，其中土壤深度越深農田銨態(tài)氮減少量越小，魚塘銨態(tài)氮減少量越大;鹽田、光灘、城建的土壤銨態(tài)氮含量在各土壤深度都有增加，其中鹽田的土壤銨態(tài)氮含量隨著土壤深度的增加而增加，光灘在土壤深度為0～10 cm 時銨態(tài)氮增加量最小，在土壤深度為10～20 cm時最大，而城建與鹽田的變化規(guī)律相反;此外，蘆葦沼澤類型在土壤深度為0～10 cm中的銨態(tài)氮含量降低，而在10～20 cm和20～30 cm時含量增加。在0～10 cm時，農田、魚塘和蘆葦沼澤銨態(tài)氮含量減少，而鹽田、光灘和城建增加;在10～20 cm時，農田和魚塘銨態(tài)氮含量減少，其他類型都有所增加，其中鹽田增加量最大;在20～30 cm時，規(guī)律與10～20 cm一致。

在室內培養(yǎng)之后，各土地利用類型土壤硝態(tài)氮含量均有所增加，且隨著土壤深度地增加其硝態(tài)氮含量增加量越小;其中魚塘土地利用類型的土壤硝態(tài)氮含量增加顯著高于其他土地利用類型（圖4）。在土壤深度為0～10 cm時，魚塘硝態(tài)氮含量增加最大，城建類型最小;在土壤深度為10～20 cm時，魚塘硝態(tài)氮增加量最大，城建最小且其增加量幾乎為零;在 20～30 cm土壤深度時，魚塘硝態(tài)氮含量增加最大，而鹽田硝態(tài)氮增加量最小。

2.4 不同土地利用類型氮礦化速率的差異

所有土地利用類型的氮礦化速率都隨著土壤深度的增加而減?。▓D5）。在各個土層深度中，魚塘的氮礦化速率遠高于其他土地利用類型，城鎮(zhèn)建設土地利用類型氮礦化速率最低。其中，農田和魚塘土地利用類型的土壤氮礦化速率在各個土壤深度中都高于蘆葦沼澤;在土壤深度為0～10 cm時，鹽田氮礦化速率高于蘆葦沼澤，而在10～20 cm和20～30 cm低于蘆葦沼澤;光灘和城建都比蘆葦沼澤低。

3 討論與結論

不同土地利用方式對植物生物量的影響各不相同，試驗結果表明自然濱海濕地蘆葦沼澤的植物總生物量顯著高于小麥農田和油菜農田，而其他幾種土地類型的植物生物量基本為零，這與人類對圍墾區(qū)域的不同利用方式密切相關。

對不同土地類型的土壤總氮含量分析可知，魚塘土地利用類型在各土壤層中的總氮含量顯著高于其他類型，這是由于長期的水淹作用導致魚塘營養(yǎng)元素滯留，使土壤氮元素的有效來源增加[19]，氮積累的速率增加，從而大大增加了土壤中的總氮含量。農田土地利用類型也顯示了較高的總氮含量水平，這與農田土壤施加大量氮肥有關。彭佩欽等研究發(fā)現(xiàn)，施用中量或者高量有機肥能使土壤總氮含量提高39.8%～51.7%[20]。自然狀態(tài)下，隨著土壤深度的增加，土壤有機質含量逐漸減少，土壤總氮含量減少，本試驗結果顯示蘆葦沼澤土地利用類型的總氮含量隨著土壤深度的增加而減少，符合這一規(guī)律。

土壤中的無機氮主要以銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的形式存在，是植物生長過程中重要營養(yǎng)元素，由于土壤中無機氮含量非常少，只占土壤總氮含量的1%～2%[1]，所以對土壤無機氮的研究非常重要。本試驗結果顯示：室內培養(yǎng)之后，農田和魚塘土地利用類型的銨態(tài)氮含量在各土壤深度都有所減少，這可能是因為農田中農民的施肥耕作和魚塘中的漁業(yè)養(yǎng)殖活動，使得銨態(tài)氮釋放速率加快;鹽田和光灘土地類型土壤銨態(tài)氮含量在各土壤深度都有所增加，這與頻繁水淹、土壤無法松動有關;蘆葦沼澤在0～10 cm的土壤深度中銨態(tài)氮含量減少，而在10～20 cm和20～30 cm的土壤深度時增加，說明自然濱海濕地土壤銨態(tài)氮含量在土壤表層是減少的，在土壤深層是增加的，這與土壤中的硝化細菌的活性密切相關。土壤表層通氣性良好，硝化細菌的活性較高，而在深層土壤中硝化細菌的活性較低。

魚塘土地利用類型的土壤硝態(tài)氮含量增加顯著高于其他土地利用類型，這是因為魚塘的水產養(yǎng)殖活動使底泥中的有機質含量較高，進而提高了魚塘中的異養(yǎng)硝化速率，使得魚塘中的硝態(tài)氮含量較高。農田的硝態(tài)氮含量增加也比較高，這與農民頻繁的耕作活動密不可分，農民經常往農田里面施加氮肥，而氮肥在土壤中經過一系列的轉化形成硝態(tài)氮，使得土壤中的硝態(tài)氮含量明顯增加。城鎮(zhèn)建設土地利用類型的硝態(tài)氮含量幾乎沒有變化，這是因為人類的建設活動使得土壤得不到松動，以致硝態(tài)氮含量沒有變化。另外，蘆葦沼澤的硝態(tài)氮含量變化并不大，可以推測，在自然狀態(tài)下濱海濕地的硝態(tài)氮含量變化可能不大。

土壤氮礦化可以將土壤中的有機氮轉化為無機氮，這個過程基本決定了土壤中有多少氮元素可以被植物吸收利用[21-22]。氮礦化對不同環(huán)境因子的變化很敏感，如土壤溫度、地下水位和土壤理化性質[22-26]，而圍墾所形成的不同土地利用類型對土壤的理化特性改變不一樣，因此對其土壤氮礦化速率的影響也有所不同[27-29]。本試驗結果表明，不同土地利用類型的氮礦化速率隨著土壤深度的增加而減小，這是由于隨著土壤深度的增加，微生物數(shù)量迅速減少，土壤透氣性逐漸降低，可供降解的有機物質越來越少[30]。蘆葦沼澤土地利用類型氮礦化速率基本高于光灘和城鎮(zhèn)建設土地類型，低于魚塘和農田土地利用類型，而在土壤深度為0～10 cm時低于鹽田，在10～20、20～30 cm時高于鹽田，可知不同圍填海土地利用類型對濱海濕地的土壤氮礦化速率影響不同。其中魚塘土地類型的氮礦化速率顯著高于其他土地類型，這是因為魚塘里面魚的廢物排泄和大量的底棲動物的活動，大大增加了魚塘中的有機物質含量。

相較于其他4種土地利用類型，魚塘和農田土地利用類型對土壤總氮和硝態(tài)氮含量影響較大，對濱海濕地氮元素的平衡有較大影響，在進行圍墾活動時應保持合適的規(guī)模;不同土地利用類型對土壤銨態(tài)氮含量的影響不同，其中農田和魚塘土地類型的銨態(tài)氮含量在各個土壤深度都有所下降，鹽田、光灘和城鎮(zhèn)建設土地類型的銨態(tài)氮含量在各土壤深度都有所增加，這對于今后濱海濕地圍墾形成哪種土地類型有較大參考價值;魚塘土地類型氮礦化速率顯著高于其他土地類型，對自然濱海濕地的氮元素影響較大。

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