長期模擬氮沉降對苦竹林土壤氮組分的影響

吳志樂

(四川省岳池縣森林病蟲防治檢疫站，四川 岳池 638300)

長期模擬氮沉降對苦竹林土壤氮組分的影響

吳志樂

(四川省岳池縣森林病蟲防治檢疫站，四川 岳池 638300)

為了解模擬氮沉降對苦竹(Pleioblastusamarus)林土壤氮組分的影響，從2007年10月開始，在華西雨屏區(qū)苦竹林中用NH4NO3進(jìn)行模擬氮沉降處理，設(shè)置4個水平：對照(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)。分別于2013年11月，2014年1月、4月、7月取各樣方內(nèi)表層(0～20 cm)土樣，測定土壤的全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、顆粒氮、礦質(zhì)結(jié)合氮含量。結(jié)果表明：與氮沉降初期相比，長期氮沉降處理使土壤氮組分總量增加，硝態(tài)氮的含量顯著上升，其他氮組分變化雖不顯著，但仍有所變化。

氮沉降；苦竹；土壤；氮組分

如今氮沉降問題已經(jīng)呈現(xiàn)“全球化”趨勢，歐美地區(qū)氮沉降研究較為成熟，中國近些年在大氣氮沉降研究方面也取得了很大進(jìn)展[14-16]。然而，早期的氮沉降研究主要集中于溫帶地區(qū)，并且研究對象主要為落葉喬木樹種，而對竹林這一森林類型的研究缺乏應(yīng)有的關(guān)注。竹林生物量占中國總生物量的10%[17]，且大部分竹林分布于氮沉降相對嚴(yán)重的南方地區(qū)，并且這些地區(qū)也是預(yù)計未來氮沉降增加最多的地區(qū)。因此，在中國氮沉降集中區(qū)研究氮沉降對竹林生態(tài)系統(tǒng)的影響意義深遠(yuǎn)。課題組從2007年起，在華西雨屏區(qū)中心地帶苦竹(Pleioblastusamarus)人工林中開展了模擬氮沉降試驗，每月一次的施氮處理持續(xù)至今。初期試驗表明，氮沉降顯著促進(jìn)了苦竹林各土壤呼吸速率[18]，顯著抑制了凋落物氮元素的釋放[19]，并對土壤養(yǎng)分造成了不同程度的影響[20]。因此，外源氮輸入可能已經(jīng)顯著影響了該生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)過程。本研究在前期研究基礎(chǔ)之上，研究連續(xù)6 a的模擬氮沉降處理對該竹林生態(tài)系統(tǒng)土壤氮組分的影響。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于四川省洪雅縣柳江鎮(zhèn)(29°95′ N，103°38′ E)，海拔約600 m。該地區(qū)屬于中亞熱帶濕潤性山地氣候，年平均氣溫14℃～16℃，1月平均氣溫6.6 ℃，7月平均氣溫25.7 ℃。1980年～2000年平均降水量為 1 489.8 mm，年內(nèi)降水分配不均，主要集中于6月～8月，年平均相對空氣濕度為82%。試驗地為2000年退耕還林工程建成的苦竹人工林，林分的郁閉度為0.9，密度為 52 000株·hm-2，胸徑平均約2.3 cm，高平均約5 m。竹鞭、鞭根主要分布在土層0～20 cm中，根系分布范圍主要為土壤表層0～40 cm，細(xì)根密度較高。土壤為紫色土。

1.2 試驗設(shè)計

1.3 樣品采集與處理

分別于2013年11月，2014年1月、4月、7月用土鉆(Ф=5 cm)取苦竹林樣地內(nèi)表土層(0～20 cm)土樣。將帶回的土壤分為兩部分，一部分立即除可見根系、石礫和動物殘體后過2 mm篩，低溫密封保存，用于測定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮；另一部分平鋪于室內(nèi)自然風(fēng)干后，挑除可見根系、石礫和動物殘體后過2 mm篩，再用四分法從中分出100 g左右的土過0.25 mm篩，分別裝入密封袋中，編號后低溫密封保存，用于測定全氮、顆粒氮和礦質(zhì)結(jié)合氮。

1.4 測定指標(biāo)及方法

稱取過2 mm篩的風(fēng)干土10 g于100 ml塑料瓶中，加入30 ml 5 g·L-1的六偏磷酸鈉溶液，振蕩15 h，分散。分散液置于53 μm篩上，用清水沖洗直至瀝濾液澄清，篩上保留的53 μm～2 000 μm土壤的氮即為顆粒氮，將其在60℃下烘干至恒量，并計算其占整個土壤樣品的百分比。用半微量凱氏法(LY/T 1228-1999)測定土壤全氮(Total nitrogen,TN)和土壤顆粒氮(Particulate organic nitrogen,PON)；TN與PON的差值即為土壤礦質(zhì)結(jié)合氮(Incorporated organic nitrogen,ION)[22]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計分析軟件SPSS 20.0(IBM SPSS Inc.US)進(jìn)行重復(fù)測量方差分析(Repeated measures ANOVA),并用最小顯著差數(shù)法(LSD法)進(jìn)行多重比較，其顯著水平為a=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬氮沉降對土壤全氮的影響

該苦竹林土壤全氮的含量在0.68 g·kg-1～0.77 g·kg-1之間，其含量隨季節(jié)變化明顯，1月份最高(圖1)。模擬氮沉降對土壤全氮含量的影響雖在統(tǒng)計上不顯著(P=0.364)，但隨著氮沉降的增加，土壤全氮含量表現(xiàn)出逐漸上升趨勢，其中HN處理較CK增加8%。

圖1 全氮含量Fig. 1 The TN content

2.2 模擬氮沉降對土壤銨態(tài)氮的影響

土壤銨態(tài)氮含量波動較大，在1.90 mg·kg-1～8.84 mg·kg-1之間，不同季節(jié)的土壤銨態(tài)氮含量有極顯著差異(P<0.001)(圖2)，11月含量最高，7月份含量達(dá)到最低。重復(fù)測量方差分析表明，模擬氮沉降對土壤銨態(tài)氮含量的影響不顯著(P=0.915)，但氮沉降處理使得土壤銨態(tài)氮的含量表現(xiàn)出一定的變化。與CK相比，MN處理的減少了3%，HN處理的增加了7%。

圖含量Fig.

2.3 模擬氮沉降對土壤礦質(zhì)結(jié)合氮的影響

土壤礦質(zhì)結(jié)合氮含量在全年中含量較穩(wěn)定，在0.52 g·kg-1～0.69 g·kg-1之間，分析可以看出季節(jié)不同，土壤礦質(zhì)結(jié)合氮含量差異極顯著(P<0.001)(圖3)，11月含量最低，1月含量最高。重復(fù)測量方差分析的結(jié)果顯示土壤礦質(zhì)結(jié)合氮含量受氮沉降影響不顯著(P=0.854)，但與對照組相比，氮沉降處理后的土壤礦質(zhì)結(jié)合氮含量均有所增加，其中經(jīng)HN處理后的土壤礦質(zhì)結(jié)合氮含量最高，較CK增加了8%。

圖3 ION含量Fig. 3 The ION content

2.4 模擬氮沉降對土壤顆粒氮的影響

土壤顆粒氮含量隨季節(jié)變化十分明顯(圖4)，2013年11月土壤顆粒氮含量最高，達(dá)0.16 g·kg-1；2014年4月含量最低，為0.07 g·kg-1。模擬氮沉降對土壤顆粒氮含量的影響在統(tǒng)計上不顯著(P=0.560)，但隨著氮沉降的增加，土壤顆粒氮的含量表現(xiàn)出一定的變化。較CK的顆粒氮含量，LN處理的顆粒氮含量減少了20%，MN處理的減少了10%，HN處理的增加了10%。

圖4 PON含量Fig. 4 The PON content

2.5 模擬氮沉降對土壤硝態(tài)氮的影響

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，土壤硝態(tài)氮含量隨季節(jié)變化明顯(P<0.001)(圖5)， 2014年1月含量達(dá)到峰值，為19.26 mg·kg-1；2014年7月含量最低，為4.16 mg·kg-1。經(jīng)比較分析，模擬氮沉降對土壤硝態(tài)氮含量的影響雖在統(tǒng)計上不顯著(P=0.138)，但較CK，氮沉降處理后土壤硝態(tài)氮含量均有所增加。重復(fù)測量方差分析發(fā)現(xiàn)，模擬氮沉降與季節(jié)的共同作用對土壤硝態(tài)氮含量的影響較為顯著(P=0.005)，尤其經(jīng)HN處理后的土壤硝態(tài)氮含量與對照組相比變化最為顯著，較CK增加21% 。

圖含量Fig.

3 討論

土壤顆粒氮與土壤礦質(zhì)結(jié)合氮之和為全氮。土壤顆粒氮含量為0.10 g·kg-1，土壤礦質(zhì)結(jié)合氮含量為0.64 g·kg-1。LN、MN、HN處理后，土壤顆粒氮含量分別為0.08 g·kg-1、0.09 g·kg-1、0.11 g·kg-1，土壤礦質(zhì)結(jié)合氮含量分別為0.67 g·kg-1、0.66 g·kg-1、0.69 g·kg-1?？梢钥闯鲱w粒氮和礦質(zhì)結(jié)合氮含量變化不明顯，分析結(jié)果顯示氮處理對顆粒氮和礦質(zhì)結(jié)合氮含量沒有顯著影響。這與王淑娟[29]等的研究結(jié)果不同，王淑娟等的研究中，對冬小麥?zhǔn)┑?20 kg·hm-2后，土壤礦質(zhì)氮含量增加40.18%，主要由于所施氮肥為尿素，土壤脲酶可使尿素水解生成無機(jī)氮化物。但他們的研究顯示全氮含量變化不明顯，這說明顆粒氮含量在減少。本研究的結(jié)果顯示土壤顆粒氮和礦質(zhì)結(jié)合氮含量變化不顯著可能是因為施用的是無機(jī)氮肥，未對土壤顆粒結(jié)構(gòu)起到顯著影響。

綜上，長期模擬氮沉降改變著土壤N組分成分含量。這些結(jié)果可能對竹林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的負(fù)面影響。土壤問題與生態(tài)環(huán)境問題緊密相關(guān)，因此，進(jìn)一步研究土壤其他化學(xué)成分對氮沉降的響應(yīng)情況對解決生態(tài)環(huán)境問題有著重要意義。

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EffectsofLong-termSimilatedNitrogenDepositiononSoilNitrogenComponentsofPleioblastusamarusPlantation

WU Zhi-le

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

Nitrogen deposition，Pleioblastusamarus，Soil，Nitrogen component

2017-07-12

吳志樂(1970-)，男，林業(yè)工程師，主要從事森林病蟲害防治檢疫工作。

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.04.003

S795.9

:A

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