长期模拟氮沉降对苦竹林土壤氮组分的影响

吴志乐

(四川省岳池县森林病虫防治检疫站，四川 岳池 638300)

长期模拟氮沉降对苦竹林土壤氮组分的影响

吴志乐

(四川省岳池县森林病虫防治检疫站，四川 岳池 638300)

为了解模拟氮沉降对苦竹(Pleioblastusamarus)林土壤氮组分的影响，从2007年10月开始，在华西雨屏区苦竹林中用NH4NO3进行模拟氮沉降处理，设置4个水平：对照(CK,0 kg·N·hm-2·a-1)、低氮(LN, 50 kg·N·hm-2·a-1)、中氮(MN, 150 kg·N·hm-2·a-1)和高氮(HN, 300 kg·N·hm-2·a-1)。分别于2013年11月，2014年1月、4月、7月取各样方内表层(0～20 cm)土样，测定土壤的全氮、铵态氮、硝态氮、颗粒氮、矿质结合氮含量。结果表明：与氮沉降初期相比，长期氮沉降处理使土壤氮组分总量增加，硝态氮的含量显著上升，其他氮组分变化虽不显著，但仍有所变化。

氮沉降；苦竹；土壤；氮组分

如今氮沉降问题已经呈现“全球化”趋势，欧美地区氮沉降研究较为成熟，中国近些年在大气氮沉降研究方面也取得了很大进展[14-16]。然而，早期的氮沉降研究主要集中于温带地区，并且研究对象主要为落叶乔木树种，而对竹林这一森林类型的研究缺乏应有的关注。竹林生物量占中国总生物量的10%[17]，且大部分竹林分布于氮沉降相对严重的南方地区，并且这些地区也是预计未来氮沉降增加最多的地区。因此，在中国氮沉降集中区研究氮沉降对竹林生态系统的影响意义深远。课题组从2007年起，在华西雨屏区中心地带苦竹(Pleioblastusamarus)人工林中开展了模拟氮沉降试验，每月一次的施氮处理持续至今。初期试验表明，氮沉降显著促进了苦竹林各土壤呼吸速率[18]，显著抑制了凋落物氮元素的释放[19]，并对土壤养分造成了不同程度的影响[20]。因此，外源氮输入可能已经显著影响了该生态系统的氮循环过程。本研究在前期研究基础之上，研究连续6 a的模拟氮沉降处理对该竹林生态系统土壤氮组分的影响。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于四川省洪雅县柳江镇(29°95′ N，103°38′ E)，海拔约600 m。该地区属于中亚热带湿润性山地气候，年平均气温14℃～16℃，1月平均气温6.6 ℃，7月平均气温25.7 ℃。1980年～2000年平均降水量为 1 489.8 mm，年内降水分配不均，主要集中于6月～8月，年平均相对空气湿度为82%。试验地为2000年退耕还林工程建成的苦竹人工林，林分的郁闭度为0.9，密度为 52 000株·hm-2，胸径平均约2.3 cm，高平均约5 m。竹鞭、鞭根主要分布在土层0～20 cm中，根系分布范围主要为土壤表层0～40 cm，细根密度较高。土壤为紫色土。

1.2 试验设计

1.3 样品采集与处理

分别于2013年11月，2014年1月、4月、7月用土钻(Ф=5 cm)取苦竹林样地内表土层(0～20 cm)土样。将带回的土壤分为两部分，一部分立即除可见根系、石砾和动物残体后过2 mm筛，低温密封保存，用于测定铵态氮和硝态氮；另一部分平铺于室内自然风干后，挑除可见根系、石砾和动物残体后过2 mm筛，再用四分法从中分出100 g左右的土过0.25 mm筛，分别装入密封袋中，编号后低温密封保存，用于测定全氮、颗粒氮和矿质结合氮。

1.4 测定指标及方法

称取过2 mm筛的风干土10 g于100 ml塑料瓶中，加入30 ml 5 g·L-1的六偏磷酸钠溶液，振荡15 h，分散。分散液置于53 μm筛上，用清水冲洗直至沥滤液澄清，筛上保留的53 μm～2 000 μm土壤的氮即为颗粒氮，将其在60℃下烘干至恒量，并计算其占整个土壤样品的百分比。用半微量凯氏法(LY/T 1228-1999)测定土壤全氮(Total nitrogen,TN)和土壤颗粒氮(Particulate organic nitrogen,PON)；TN与PON的差值即为土壤矿质结合氮(Incorporated organic nitrogen,ION)[22]。

1.5 数据处理

所有数据采用统计分析软件SPSS 20.0(IBM SPSS Inc.US)进行重复测量方差分析(Repeated measures ANOVA),并用最小显著差数法(LSD法)进行多重比较，其显著水平为a=0.05。

2 结果与分析

2.1 模拟氮沉降对土壤全氮的影响

该苦竹林土壤全氮的含量在0.68 g·kg-1～0.77 g·kg-1之间，其含量随季节变化明显，1月份最高(图1)。模拟氮沉降对土壤全氮含量的影响虽在统计上不显著(P=0.364)，但随着氮沉降的增加，土壤全氮含量表现出逐渐上升趋势，其中HN处理较CK增加8%。

图1 全氮含量Fig. 1 The TN content

2.2 模拟氮沉降对土壤铵态氮的影响

土壤铵态氮含量波动较大，在1.90 mg·kg-1～8.84 mg·kg-1之间，不同季节的土壤铵态氮含量有极显著差异(P<0.001)(图2)，11月含量最高，7月份含量达到最低。重复测量方差分析表明，模拟氮沉降对土壤铵态氮含量的影响不显著(P=0.915)，但氮沉降处理使得土壤铵态氮的含量表现出一定的变化。与CK相比，MN处理的减少了3%，HN处理的增加了7%。

图含量Fig.

2.3 模拟氮沉降对土壤矿质结合氮的影响

土壤矿质结合氮含量在全年中含量较稳定，在0.52 g·kg-1～0.69 g·kg-1之间，分析可以看出季节不同，土壤矿质结合氮含量差异极显著(P<0.001)(图3)，11月含量最低，1月含量最高。重复测量方差分析的结果显示土壤矿质结合氮含量受氮沉降影响不显著(P=0.854)，但与对照组相比，氮沉降处理后的土壤矿质结合氮含量均有所增加，其中经HN处理后的土壤矿质结合氮含量最高，较CK增加了8%。

图3 ION含量Fig. 3 The ION content

2.4 模拟氮沉降对土壤颗粒氮的影响

土壤颗粒氮含量随季节变化十分明显(图4)，2013年11月土壤颗粒氮含量最高，达0.16 g·kg-1；2014年4月含量最低，为0.07 g·kg-1。模拟氮沉降对土壤颗粒氮含量的影响在统计上不显著(P=0.560)，但随着氮沉降的增加，土壤颗粒氮的含量表现出一定的变化。较CK的颗粒氮含量，LN处理的颗粒氮含量减少了20%，MN处理的减少了10%，HN处理的增加了10%。

图4 PON含量Fig. 4 The PON content

2.5 模拟氮沉降对土壤硝态氮的影响

数据结果显示，土壤硝态氮含量随季节变化明显(P<0.001)(图5)， 2014年1月含量达到峰值，为19.26 mg·kg-1；2014年7月含量最低，为4.16 mg·kg-1。经比较分析，模拟氮沉降对土壤硝态氮含量的影响虽在统计上不显著(P=0.138)，但较CK，氮沉降处理后土壤硝态氮含量均有所增加。重复测量方差分析发现，模拟氮沉降与季节的共同作用对土壤硝态氮含量的影响较为显著(P=0.005)，尤其经HN处理后的土壤硝态氮含量与对照组相比变化最为显著，较CK增加21% 。

图含量Fig.

3 讨论

土壤颗粒氮与土壤矿质结合氮之和为全氮。土壤颗粒氮含量为0.10 g·kg-1，土壤矿质结合氮含量为0.64 g·kg-1。LN、MN、HN处理后，土壤颗粒氮含量分别为0.08 g·kg-1、0.09 g·kg-1、0.11 g·kg-1，土壤矿质结合氮含量分别为0.67 g·kg-1、0.66 g·kg-1、0.69 g·kg-1。可以看出颗粒氮和矿质结合氮含量变化不明显，分析结果显示氮处理对颗粒氮和矿质结合氮含量没有显著影响。这与王淑娟[29]等的研究结果不同，王淑娟等的研究中，对冬小麦施氮肥120 kg·hm-2后，土壤矿质氮含量增加40.18%，主要由于所施氮肥为尿素，土壤脲酶可使尿素水解生成无机氮化物。但他们的研究显示全氮含量变化不明显，这说明颗粒氮含量在减少。本研究的结果显示土壤颗粒氮和矿质结合氮含量变化不显著可能是因为施用的是无机氮肥，未对土壤颗粒结构起到显著影响。

综上，长期模拟氮沉降改变着土壤N组分成分含量。这些结果可能对竹林生态系统产生潜在的负面影响。土壤问题与生态环境问题紧密相关，因此，进一步研究土壤其他化学成分对氮沉降的响应情况对解决生态环境问题有着重要意义。

[1] Elisabeth A H, Frank J D, Bobby H,et al. Contemporary and pre-industrial global reactive nitrogen budgets[J].Biogechemistry, 1999, 46(1/3):7～43.

[2] Pamela Matson,Kathleen A.Lohse,Sharon J.Hall.氮沉降的全球化:对于陆地生态系统的意义[J].Ambio-人类环境杂志,2002,31(2):113～119.

[3] 袁颖红, 樊后保, 李辉信, 等.模拟氮沉降对杉木人工林土壤微生物的影响[J].林业科学, 2012, 48(9):8～14.

[4] Luca B, Alexandre B, Jonathan H,et al. High nitrogen deposition alters the decomposition of bog plant litter and reduces carbon accumulation[J]. Global Change Biology, 2012, 18(3):1163～1172.

[5] Goulding K W T. Nitrogen deposition to land from the atmosphere[J].Soil Use and Management, 1990, 6:804～818.

[6] 艾应伟.土壤生态系统氮素循环[M].北京:化学工业出版社, 2008, 4:3～5.

[7] Vitousek P M, Gosz J R, Grier C C,et al. Comparative analysis of potential nitrification and nitrate mobility in forest ecosystem[J]. Ecological Monographs, 1982, 52:155～177.

[8] Aber J D, Nadelhoffer K J, Steudler P,et al. Nitrogen saturation in northern forest ecosystems[J]. Bioscience,1989, 39:378～386.

[9] Kronvang B, Andersen H E, Brgesen C, et al. Effects of policy measures implemented in Denmark on nitrogen pollution of the aquatic environment[J]. Environmental Science & Policy,2008, 11:144～152.

[10] 王巧红, 宫渊波, 张君. 森林生态系统对大气氮沉降的响应[J]. 四川林业科技, 2006, 27(1):19～25.

[11] 袁颖红, 樊后保, 李燕燕, 等.模拟氮沉降对土壤酸化和土壤盐基离子含量的影响[J].应用与环境生物学报, 2011, 17(4):461～466.

[12] 方运霆,莫江明,PER Gundersen等.森林土壤氮素转换及其对氮沉降的响应[J].生态学报,2004,24(7):1524～1531.

[13] 于济通, 陶佳慧, 马小凡, 等.冻融作用下模拟氮沉降对土壤酶活性与土壤无机氮含量的影响[J]. 农业环境科学学报,2015,34(3):518～523.

[14] 涂利华, 胡庭兴, 张健, 等.模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林土壤有机碳和养分的影响[J].植物生态学报, 2011, 35(2):125～136.

[15] 肖辉林. 大气氮沉降对森林土壤酸化的影响[J]. 林业科学, 2001, 37(4):112～115.

[16] 樊建凌, 胡正义, 庄舜尧, 等.林地大气氮沉降的观测研究[J].中国环境科学,2007,27(1):7～9.

[17] Fang Y, Gundersen P, Vogt R D, et al. Atmospheric deposition and leaching of nitrogen in Chinese forest ecosystems[J]. Journal of Forest Research,2011,16:341～350.

[18] 涂利华, 胡庭兴, 黄立华, 等.华西雨屏区苦竹林土壤呼吸对模拟氮沉降的响应[J].植物生态学报, 2009, 33(4):728～738.

[19] 涂利华, 胡庭兴, 张健, 等.模拟氮沉降对两种竹林不同凋落物组分分解过程养分释放的影响[J].生态学报. 2011,31(6):1547～1557.

[20] 涂利华, 胡庭兴, 张健, 等.模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林土壤有机碳和养分的影响[J].植物生态学报. 2011,35(2):125～136.

[21] Fenn M A, Poth M A, Aber J D,et al. Nitrogen excess in North American ecosystems: Predisposing factors, ecosystem responses, and management strategies[J]. Ecological Applications,1998, 8:706.

[22] 龚伟, 颜晓元, 蔡祖聪, 等.长期施肥对小麦—玉米作物系统土壤颗粒有机碳和氮的影响[J].应用生态学报, 2008,19(11):2375～2381.

[23] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 第三版. 北京:中国农业出版社, 2000.

[24] 宋歌, 孙波, 教剑英. 测定土壤硝态氮的紫外分光光度法与其他方法的比较[J].土壤学报, 2007, 44(2):288～ 293.

[25] Aber J, Fernandez I. Nitrogen Saturation in Temperate Forest Ecosystems[J]. Bioscience, 1998, 48(11):921～934.

[26] 涂利华,胡庭兴,张健等.模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林土壤有机碳和养分的影响[J].植物生态学报,2011,35(2):125～136.

[27] 吕殿青,张树兰,杨学云.外加碳、氮对土壤氮矿化、固定与激发效应的影响[J].植物营养与肥料学报,2007,13(2):223～229.

[28] 蔡玉婷, 黄永芳, 张太平, 等.模拟氮沉降对木荷人工幼林地土壤氮素、碳素、微生物量垂直分布的影响[J].生态环境学报, 2013,22(5):755～760.

[29] 王淑娟,田霄鸿.长期地表覆盖及施氮对冬小麦产量及土壤肥力的影响[J].植物营养与肥料学报,2012,18(2):291～299.

EffectsofLong-termSimilatedNitrogenDepositiononSoilNitrogenComponentsofPleioblastusamarusPlantation

WU Zhi-le

(Forestry Pest Congtrol Station of Yuechi County, Yuechi 638300, China)

Nitrogen deposition，Pleioblastusamarus，Soil，Nitrogen component

2017-07-12

吴志乐(1970-)，男，林业工程师，主要从事森林病虫害防治检疫工作。

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.04.003

S795.9

:A

:1003-5508(2017)04-0010-05