模擬氮沉降對(duì)華北落葉松人工林土壤氮含量的短期影響

胡芳，徐美麗，劉婷

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030800）

模擬氮沉降對(duì)華北落葉松人工林土壤氮含量的短期影響

胡芳，徐美麗，劉婷

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030800）

為研究氮沉降對(duì)土壤氮含量的影響，以關(guān)帝山華北落葉松人工林為研究對(duì)象，分別設(shè)置濃度為0（CK），80（LN），150 kg/hm2（HN）3個(gè)施氮水平進(jìn)行短期氮輸入試驗(yàn)。結(jié)果表明，在氮輸入影響下，顯著增加了華北落葉松林下0～10，10～20 cm土壤層中NH4+-N，NO3--N的含量，尤其對(duì)0～10 cm土壤的影響更明顯，且在整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)月份間的變化較大；各樣方林下0～10，10～20 cm土壤全氮含量在各處理間沒有顯著差異，但是仍有一定的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

氮沉降；華北落葉松人工林；土壤氮含量；短期影響

陸地生態(tài)系統(tǒng)中森林是重要的組成部分，而森林土壤中的總氮量占森林生態(tài)系統(tǒng)的85%[1]，同時(shí)隨著氮沉降的不斷加劇，對(duì)森林植被、森林土壤及其屬性產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。因此，開展模擬氮沉降試驗(yàn)，對(duì)研究森林生態(tài)系統(tǒng)的影響有重要意義。有研究顯示，氮沉降的增加可以提高森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和木材產(chǎn)量[2]，并可顯著提高森林生物量[3]，短期氮輸入也會(huì)增加土壤中的NH4+-N，NO3--N的含量，不僅在氮輸入當(dāng)年是有效的，而且效果還可以持續(xù)到林冠郁閉前[4]。但也有研究表明，大氣氮沉降數(shù)量的急劇增加將嚴(yán)重影響到陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性[5-6]以及長(zhǎng)期進(jìn)行氮添加易造成土壤酸化板結(jié)[7]，引起土壤化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的變化。

本研究通過模擬氮沉降，探討氮沉降對(duì)土壤氮含量的影響，以期為進(jìn)一步研究大氣氮沉降的生態(tài)效應(yīng)及森林生態(tài)經(jīng)營管理提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究區(qū)為山西省呂梁中部龐泉溝自然保護(hù)區(qū)（東經(jīng)111°30′～111°40′E，北緯37°28′～37°35′N，海拔1 300～2 196 m），屬溫帶大陸性山地氣候，年平均氣溫達(dá)8.85℃，年均降水量550 mm，降水集中在6—8月，占全年降水總量的60%。該地區(qū)自然植被豐富，森林覆蓋率88%，有草本植物細(xì)針苔草、瓣蕊唐松草、艾蒿、紫斑風(fēng)鈴草、二葉兜被蘭、地榆等；灌木樹種胡枝子、沙棘、蒙古莢蒾、忍冬、高山繡線菊、山刺玫、毛榛、美薔薇、衛(wèi)矛等；喬木樹種華北落葉松、遼東櫟、山楊、側(cè)柏、白樺、油松等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以關(guān)帝山林區(qū)龍興林場(chǎng)的五一溝為研究對(duì)象，分別設(shè)置6塊面積為30 m×30 m的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)地，設(shè)置對(duì)照（CK，0 kg/hm2）、低氮（LN，80 kg/hm2）、高氮（HN，150 kg/hm2）3個(gè)處理，2次重復(fù)。2016年華北落葉松生長(zhǎng)期（5—9月）內(nèi)，將設(shè)定的NH4NO3施用量平均分成5份，均勻地撒施在樣地的每一個(gè)角落，按月施用。試驗(yàn)開始前樣地林分特征及土壤屬性背景值列于表1。

表1 各樣地林分特征及土壤屬性背景值

1.3 樣品采集及測(cè)定

在2016年5—10月期間，每月月初在每個(gè)樣方內(nèi)移除凋落物后隨機(jī)5點(diǎn)取樣對(duì)0～10，10～20 cm土壤分層采集。采樣后將植物殘根及石子等雜物剔除，放入自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，保存于4℃冰箱中備用。土壤全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮分別采用半微量凱氏法，靛酚藍(lán)比色法，酚二磺酸比色法進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究各處理獲得的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析整理，對(duì)各月份土壤中NH4+，NO3-，TN含量分別進(jìn)行各處理間的差異顯著性分析（顯著性水平為0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮沉降對(duì)0～10 cm土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全氮含量的影響

由圖1可知，3種不同氮處理下，0～10 cm土壤銨態(tài)氮含量、硝態(tài)氮含量、全氮含量在不同月份間差異顯著，土壤全氮含量差異不顯著。0～10 cm土壤銨態(tài)氮含量在8月明顯高于其他月份，同時(shí)在8月受施氮處理影響顯著。0～10 cm土壤硝態(tài)氮的含量在7月明顯低于其他月份，而8月硝態(tài)氮的含量達(dá)到峰值，同時(shí)在8，9，10月各處理間差異影響顯著，低氮處理是對(duì)照的2倍左右。0～10 cm土壤全氮含量的月際間差異不顯著，但仍有一定增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2.2 氮沉降對(duì)10～20 cm土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全氮含量的影響

從圖2可以看出，10～20 cm土壤銨態(tài)氮含量在8月受施氮處理影響顯著，并且呈現(xiàn)單峰模式。10～20 cm土壤硝態(tài)氮的含量在7月明顯低于其他月份，隨著月份的推移硝態(tài)氮含量逐漸降低，同時(shí)在6，8，9，10月各處理間影響差異顯著。10～20 cm土壤全氮含量的月際間差異不顯著，僅在8月各處理間差異影響顯著。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，各處理樣地在3個(gè)氮添加處理水平下，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，提高了土壤礦質(zhì)氮的供應(yīng)能力[8-9]，增加了有效氮[10]。這可能是由于中、高緯度森林處于氮限制狀態(tài)[11]，氮輸入量的增加會(huì)使土壤氮礦化速率在土壤氮飽和前也增加[12]，此時(shí)氮輸入具有施肥作用[13]。此外，NO3-的增長(zhǎng)率較高，這與方運(yùn)霆等[14]短期施氮會(huì)顯著增加森林土層的硝態(tài)氮含量相符，而在7月較低，這可能與氮礦化速率一般隨土壤水分含量減少而降低有關(guān)[15]，另外也可能降水過多，鹽基陽離子淋失[16]，硝態(tài)氮因淋溶而損失[17-18]。

本試驗(yàn)中各處理對(duì)土壤全氮并沒有顯著影響，這與油松天然林施氮研究結(jié)果一致[19]。土壤全氮中有機(jī)氮含量能達(dá)到90%以上，同時(shí)又是土壤礦化作用的主要對(duì)象，這可能是試驗(yàn)期間有較好的土壤溫濕條件，從而促進(jìn)了土壤氮礦化作用，使得土壤有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)氮而被植物所利用[20]，也可能是由于氮素的“盈虧”要看氮硝化作用、反硝化作用以及淋溶作用的綜合結(jié)果，這對(duì)土壤氮素含量具有重要意義[21]。

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Short Term Effects of Simulated Nitrogen Deposition on Soil Nitrogen Content in Larix Principis-rupprechtii Plantation

HUFang，XUMeili，LIUTing
（College ofInformation，Shanxi Agricultural University，Taigu 030800，China）

Tostudythe effect ofnitrogen deposition on soil nitrogen content,taking Guan Mountain in the northern part ofthe larch plantation forest as the object,the paper sets up the contrast（CK,0 kg/hm2）,lownitrogen（LN,80 kg/hm2）,high nitrogen（HN,150 kg/hm2）three nitrogen levels on short-term nitrogen input experiment.The results showed that after the whole growing season of short-term nitrogen treatment,the NH4+-N,NO3--N concentration were significantly increased in 0-10,10-20 cm two layers soil,especially for surface（0-10 cm）the influence ofthe soil was more noticeable,and the large variation between month throughout the growingseason.TN concentration was nosignificant difference in 0-10,10-20 cmsoils,but there was still some growth trend.

nitrogen deposition;larixprincipis-rupprechtii plantation;soil nitrogen content;short termeffect

S714.5

A

1002-2481（2017）04-0596-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.04.26

2016-11-17

胡芳（1983-），女，山西太原人，助教，主要從事森林生態(tài)學(xué)的教學(xué)及研究工作。