杨树人工林下根系的氮素循环与动态特征分析

王 超

1 研究区域和研究方法

1.1 研究区域概况 取样地选择于四川省成都市生态试验站，该地属于四川盆地的亚热带湿润季风气候。无论气温还是年平均降水，皆适合杨树生长。试验期选择为夏季，试验树种为栽种的黑杨树苗。春季杨树刚刚发出新嫩的枝和叶，七八月是杨树生长的高峰期，此后杨树苗生长逐渐缓慢直至停滞，秋节基本停止生长，到了冬季，尤其是严霜以后，过渡到休眠期。试验林地的土壤是大面积的紫色土，呈中性，有机质含量较低，全氮含量最低，全磷与全钾含量较高，土壤肥力处于中等偏上。

1.2 研究方法 样品细根取样、分解试验、细根年生物量的测定、土壤样品采集与处理参见赵建诚的研究[1]。土壤与植物样本的全氮测量利用半微量凯氏定氮法，土壤的水解氮测试利用碱解扩散法，土壤NH3-N的测试借助蒸馏方式。

2 结果和分析

2.1 杨树人工林下其细根氮的分布情况和生物循环

2.1.1 杨树细根氮的分布情况 杨树的各个部位具体的含氮量存在一定的差异，根部细胞生长快，极富呼吸力。对于整体的根系，幼根的吸取力是最强的。根毛数目众多，且带黏性，易紧贴于土壤的颗粒，进而促进根系吸收养分的数量与速度大幅度增长，使得无机养分借助根部的吸收传到根细胞。土壤中富含氮元素。然而，林木的细根中含氮量和土壤总体的氮量没有很大的关联。所以，提升杨树对土壤中氮的吸收程度是一个重要问题。

2.1.2 林木细根氮的循环 为揭示出杨树的细根氮循环特点，可引进以下循环参数标准：周转期为营养元素的循环速率标准，表征元素在林木内的存留时间；依据元素的现存量和年归还量的比值，能够得到杨树细根里氮周转期；循环系数为循环强度的标准，为归还量和吸收量比值。计算结果显示，四川省成都市生态试验站区域的杨树细根氮循环系数为0．35，吸收系数为0．004 3，杨树细根内的氮吸收强度一般。

2.2 杨树人工林下土壤总氮与NH3-N含量的季节变化

2.2.1 土壤总体含氮量的季节变化 试验地环境下土壤总体氮含量在整个生长季的变化幅度较小。浅土层中的全氮量皆大于较深土层中的全氮量，而且在杨树的整个生长季节皆是如此。另外，经F检验可知，浅土层、深土层的土壤中氮量有着明显的差别。同一土壤上下土层，尽管母质、气候条件基本相同，但由于水热状况、物质来源等差别，导致上下层的有机态氮的构成与含量显著差异。原因是土壤剖面总体含氮量的变化主要受到林木枯落物的归还量与土壤淋溶强度的影响。

2.2.2 土壤中NH3-N含量的季节变化 土壤中可以被林木吸取的氮主要取决于土壤中氮矿化、生物吸收、铵固定和释放、硝化、植物吸收与氨挥发、反硝化与淋失等很多因素。土壤无机态氮中，交换性的铵溶液中铵最易被根部吸收。土壤内的NH3-N一般来自于土壤中的有机氮。因富里酸与杂环氮较为稳定，很难被土壤微生物分解，所以不在其中。因此，NH3-N往往来自于土壤生物体内的有机氮。这些生物体内的氮包括蛋白质、核酸、酰氨等。蛋白质在真菌、微生物、细菌的影响下水解为氨基酸，然后脱氨成为有机酸与氨。这种有机氮的氨化程度取决于气温，气温高，氨化作用就强。杨树人工林下表层土壤中NH3-N含量随着季节变化而变化，从4月起逐渐增高，到8月到最大值，9月起降低，10月林地土壤中基本不能检测出NH3-N。

2.3 草根和杨树细根中氮的变化与土壤氮的关系

2.3.1 草根氮浓度的变化 草根氮浓度随着生长季逐步增加，盛夏时期氮的浓度最大，以后逐渐降低。这表明草根吸收氮养分的季节比较集中，而且在夏季存在显著的高峰期。

2.3.2 杨树活细根中氮变化和生物量之间的关系 杨树活细根中氮浓度随着季节的变化而波动，在整个生长期相对稳定，未呈现显著的峰期，而5、9月相对较低。其变化的趋势与活细根生物量的变化大势相同。在生长期，每个月杨树活细根的生物量与根氮浓度呈现明显的正相关，氮供应量和生物量总体呈典型的线性关系，证明氮供应良好，对于活细根的生物量起到促进作用。按照杨树活细根中的氮浓度可以估计出生物量，进而为测定活细根的生物量找出新的路径。

2.3.3 草根中氮含量与气温变化相关 草根含氮量的变化和气温的变化大概一致。从5月起逐渐增多，到8月达最大值，之后逐渐降低。由于很多植物的根系吸收养分需要适当的温度。气温的高低关系到植物体内的代谢与能量的释放。因植物对于矿质元素的吸收是消耗能量的过程，温度影响根部细胞的主动吸收。因此，温度的高低影响根系对于矿质元素的吸收程度。

2.3.4 草根中含氮量和土壤NH3-N的关系 整个生长期内草根含氮量的变化和较深土层内NH3-N的变化大体相同。由于氨态氮含量过于低，因此一般很难检测具体数量，除10月外，二者呈明显的正相关。杨树细根内的氮含量和土壤中的NH3-N、水解氮没有呈现显著的关联。不同植物根系对养分的吸收与养分的形态有关。杨树是阳性的树种，吸收氮以NO3-N为主。

[1]赵建诚．欧美杨Ⅰ-107根系特征及盐、旱胁迫对其生理特性的影响[D]．泰安：山东农业大学，2013．