模擬氮沉降對西藏高山櫟林地土壤理化性質的影響1)

韓艷英 劉云龍 葉彥輝 杜佳豪

(西藏農牧學院，林芝，860000 )

模擬氮沉降對西藏高山櫟林地土壤理化性質的影響1)

韓艷英 劉云龍 葉彥輝 杜佳豪

(西藏農牧學院，林芝，860000 )

以西藏林芝縣布久鄉(xiāng)朱曲登村高山櫟林地為研究對象，于2014年7月份到2015年8月份原位模擬氮沉降(CK(對照)、LN低氮(25 kg·hm-2·a-1)、MN中氮(50 kg·hm-2·a-1)、HN高氮(150 kg·hm-2·a-1)，探討不同程度的氮沉降量對林地土壤養(yǎng)分和土壤可溶性有機碳質量分數的影響。結果表明：不同程度模擬氮沉降對林地有機質、全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K、交換性Ca、交換性Mg質量分數和pH值以及可溶性有機碳質量分數都有顯著影響(P<0.05)。隨著模擬氮沉降增加，0～20 cm林地土壤的交換性Mg和可溶性有機碳質量分數受到抑制；全K質量分數和pH值升高；有機質、全N和速效K質量分數在低氮處理下升高，在中高氮處理下降低；全P、速效N和速效P質量分數則在LN和HN處理下升高，在MN處理下降低；而交換性Ca質量分數在中高氮處理下升高后又在高氮處理下降低。

氮沉降；西藏林芝；高山櫟林地；土壤理化性質

在過去幾十年中，化石燃料燃燒、化肥生產和使用及畜牧業(yè)集約化經營等人類活動向大氣排放了大量的氮化物，導致氮化物在大氣中聚集并向陸地和水域生態(tài)系統(tǒng)沉降[1]，林地土壤每年所接受的大氣氮沉降量無法忽略。森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中一個非常重要的組成部分，也一直是人們研究的重點和熱門[2]，所以對于氮沉降給林地帶來諸多影響的探究顯得尤為重要。

諸多研究表明，氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)具有一定的影響，它不僅改變了森林樹木的生理狀態(tài)，還造成了土壤養(yǎng)分的變化[3-5]。國內外對于氮沉降是否對森林土壤養(yǎng)分產生影響和對土壤中各養(yǎng)分的影響如何目前還沒有統(tǒng)一的結論。有的研究表明，模擬氮沉降會影響到土壤中有機質、氮、磷質量分數[6-8]，也有的研究結果表明，模擬氮沉降對土壤中有機質、氮、磷、鉀質量分數影響不大[9-12]。同樣，氮沉降對土壤有機碳庫不同組分的影響研究也尚無定論[9]。近20年來，中國的氮沉降問題愈加嚴重，尤其東部地區(qū)存在著高氮沉降問題，有關氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)土壤可溶性有機碳影響的研究已經刻不容緩[13]。國外對于氮沉降的研究已有很長時間，而國內對氮沉降的研究與國外還有一定的差距，而國內在這兩個方面上對于西藏的研究也尚處于起步階段，探究結果之路任重而道遠。

西藏自治區(qū)有著獨特的自然生態(tài)和地理環(huán)境，既是南亞、東南亞地區(qū)的“江河源”和“生態(tài)源”，也是中國乃至東半球氣候的“啟動器”和“調節(jié)區(qū)”，其高山濕地在世界上獨一無二[14]，西藏林地條件豐富，森林結構多樣，生物多樣性較高，是探究氮沉降對土壤養(yǎng)分和可溶性有機碳影響的比較良好的實驗區(qū)。本研究通過在西藏林芝高山櫟林地系統(tǒng)進行1年的短期氮沉降模擬試驗，研究土壤養(yǎng)分和土壤可溶性有機碳對氮沉降增加的響應，以探究氮沉降對林地土壤存在的影響，為更好地了解大氣氮沉降對西藏乃至全國和世界的林地土壤養(yǎng)分和土壤可溶性有機碳質量分數的影響提供數據支持。

1 研究區(qū)概況

林芝縣地處青藏高原念青唐古拉山東南麓，雅魯藏布江與尼洋河在此相匯，地處北緯29°21′～30°15′、東經93°27′～95°17′，東鄰墨脫縣，南接米林縣，西部和西北部與工布江達縣交界，北部和東北部與波密縣相通。東西長177.2 km，南北寬98.6 km。林芝縣境南部為岡底斯山余脈，北部屬念青唐古拉山支脈高山地段。平均海拔3 000 m，屬溫帶濕潤季風氣候，年平均氣溫8.5 ℃(最冷1月份，平均氣溫為-2 ℃；最熱7月份，平均氣溫20 ℃)，無霜期175 d左右，年日照時間2 022 h，年平均降水量654 mm，主要集中在5—9月份，占全年降水量的90%左右。研究區(qū)植物為高山櫟林地，主要有川滇高山櫟(QuercusaquifolioidesRehd. et Wils.)、三顆針(Berberisjulianae)、薔薇(Rosamultiflora)、小葉栒子(cotoneastermicrophyllus)、夏枯草(PrunellavulgarisLinn.)、紫羊茅(Festucarubra)、委陵菜(PotentillasaundersianaRoyle)、平車前(PlantagodepressaWilld.)、狗娃花(Heteropappushispidus)等。

2 研究方法

2.1 模擬氮沉降法

試驗樣地選在林芝縣布久鄉(xiāng)朱曲登村(29°28′18.8′N，94°22′41.6″E)中山西北坡，平均坡度8°，高山櫟平均高6.5 m，平均胸徑23.5 cm，平均樹齡30 a，林分郁閉度0.6，土壤以山地棕壤為主，樣地四周用網圍欄做保護，防止人類及動物破壞。2014年在同一海拔(2 999～3 005 m)高山櫟林地設置12個5 m×5 m樣地，每個樣地保留10 m間隔，以防止相互干擾。不同施氮量的樣方處在相同坡位，為了便于更清楚地揭示氮添加的影響，參照國際上通用的施氮量成倍增加的慣例[15]，分別設置對照(CK)、低氮(LN,25 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,50 kg·hm-2·a-1)、高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1)4種處理，每種處理3次重復。于2014年7月份開始進行模擬氮沉降試驗，每月月初按照處理要求，將NH4NO3溶解于水中，均勻噴施于樣地內，對照樣地噴施同樣量的水，以減少因外加的水而造成對林木生物地球化學循環(huán)的影響。

2.2 樣品采集與測定

2015年8月份采集土壤，采用土鉆法進行取樣，在樣地內沿對角線隨機取樣，清除凋落物層，隨機取5鉆0～20 cm土壤均勻混成一個樣品(由于高山櫟林地土壤土層較薄，因此只取0～20 cm土壤)。帶回實驗室分析，迅速挑出細根和碎石，自然風干，測定土壤養(yǎng)分。

2.3 養(yǎng)分和可溶性有機碳質量分數測定

2.4 數據分析

利用Excel 2010和SPSS20.0對數據進行統(tǒng)計、分析。

3 結果與分析

3.1 模擬氮沉降對有機質質量分數的影響

土壤層有機質質量分數因不同氮沉降水平而異(表1)。模擬氮沉降1 a后有機質質量分數在LN處理下升高，比CK升高了43.66%，在MN和HN處理下降低，分別比CK降低了50.21%和2.88%。

3.2 模擬氮沉降對N元素質量分數的影響

氮沉降對土深0～20 cm全N、速效N質量分數影響顯著(表1)。與CK相比，全N質量分數在LN處理下升高，比CK升高了46.64%，在HN和MN處理下依次降低，分別比CK降低了4.80%和49.14%；速效N質量分數在LN和HN處理下依次升高，分別比CK升高了61.49%和83.94%，MN處理下降低，比CK降低了8.41%。

3.3 模擬氮沉降對P元素質量分數的影響

氮沉降對土深0～20 cm全P和速效P質量分數影響顯著(表1)。隨模擬氮沉降的加深，全P和速效P質量分數均在LN和HN處理下升高，全P質量分數分別比CK升高了68.51%、6.20%，速效P質量分數分別比CK升高了160.58%、14.11%，在MN處理下降低，兩種養(yǎng)分的響應相同，全P質量分數比CK降低了29.59%，速效P質量分數比CK降低了23.16%。

3.4 模擬氮沉降對K元素質量分數的影響

氮沉降對土深0～20 cm全K、速效K質量分數影響顯著(表1)。各處理下全K質量分數顯著高于CK的，經LN、MN、HN處理的分別比CK高出了26.44%、7.21%、9.18%，經MN與HN處理的全K質量分數之間差異不顯著；經各處理的速效K質量分數分別與CK之間差異都達到了顯著水平。速效K質量分數則在LN處理下升高，比CK高了16.96%，HN和MN處理下的依次降低，分別比CK低了4.54%和24.34%。

3.5 模擬氮沉降對交換性鈣、鎂質量分數的影響

氮沉降對土深0～20 cm交換性鈣和交換性鎂質量分數影響顯著(表1)。隨模擬氮沉降程度的加深，交換性鈣質量分數在LN和MN處理下降低，分別比CK降低了63.14%和76.29%，在HN處理下升高，比CK高了59.05%；交換性鎂的質量分數則呈現了對氮沉降的負響應，經HN、LN、MN處理的分別比CK低了26.3%、36.39%、62.1%。

3.6 模擬氮沉降對pH值的影響

氮沉降對0～20 cm土壤pH值有顯著影響(表1)。各處理中，經HN處理的與對照之間有顯著差異，但CK、LN、MN三種處理之間差異不顯著。模擬氮沉降1 a后，pH值在氮沉降處理下升高(經HN處理的大于CK的)。出現HN處理結果可能是因為pH值受多種因素影響，而施加過量氮后引起土壤某些物質質量分數的不正常變化，進而使得pH值有所升高。

3.7 模擬氮沉降對可溶性有機碳質量分數的影響

氮沉降對0～20 cm土壤可溶性有機碳質量分數有顯著影響(表1)。經LN、MN、HN處理的顯著低于CK，分別比CK低了63.56%、67.94%、63.31%，但經LN、MN、HN處理的之間差異不顯著。

表1 不同氮沉降水平對土壤理化性質的影響

處理速效K質量分數/mg·kg-1可溶性有機碳質量分數/mg·kg-1pH值交換性Ca質量分數/mg·kg-1交換性Mg質量分數/mg·kg-1CK(240．02±0．725)b(243．54±0．041)a(4．57±0．041)b(2526．15±7．139)b(441．42±3．819)aLN(280．73±2．110)a(88．74±2．496)b(4．00±0．141)b(931．22±2．739)c(280．79±0．003)cMN(181．60±0．228)d(78．09±0．027)b(4．30±0．061)b(598．83±4．509)d(167．30±0．263)dHN(229．11±1．083)c(89．36±4．330)b(5．30±0．020)a(4017．94±3．142)a(325．32±1．845)b

注：表中數據為平均值±標準差；同列不同字母表示在P<0.05時差異達顯著水平。

4 結論與討論

本研究發(fā)現，模擬氮沉降使林地0～20 cm土壤可溶性有機碳的質量分數比對照有顯著下降，原因可能是，一方面氮沉降對土壤中的有機質的溶出作用，另一方面，有機礦質復合體在酸性作用下被分解破壞而流失。這與樊后保等[7]在福建的研究結果相一致，但與魏春蘭等[13]的研究結果不一致，到目前為止，關于氮沉降對DOC的影響沒有定論[16]，主要原因可能是一方面土壤DOC的提取方法不同，所得結果對比性不強，另外，土壤DOC的釋放、分解與土壤自身的物理化學性質密切相關，單一因子的研究對結果造成不確定性。

模擬氮沉降對高山櫟林地0～20 cm土壤有機質、N、P、K質量分數有顯著影響，且各處理與對照之間差異達到了顯著水平。隨氮沉降程度的加深，表現出在低氮和高氮處理下，分別比對照有所增加，而在中氮水平下分別比對照降低。原因可能是高山櫟森林生態(tài)系統(tǒng)一定程度上受N限制影響，外加氮處理對森林凋落物分解有一定影響，使得氮沉降對表層土壤養(yǎng)分影響增加。但在高氮水平下相對于對照增加程度較小，主要原因是森林生態(tài)系統(tǒng)達到氮飽和后，將抑制掉落物分解，土壤養(yǎng)分不再變化。這一結果與張莉等[17]和樊后保等[7]的研究相一致。朱仕明等[18]、涂利華等[8]、黃軍等[19]的研究表明，N沉降顯著增加了土壤N的質量分數，裴廣廷等[12]研究表明，N沉降顯著增加了土壤P質量分數。然而李琛琛等[20]和劉建才[21]發(fā)現氮沉降對土壤中N元素影響不顯著。交換性鈣質量分數表現出了在LN處理下降低、在MN和HN處理下升高的響應，影響機理可能是，氮沉降的施加，導致基巖的風化，隨著植物對水分的吸收進入上層土壤，從而提高了全Ca質量分數。交換性鎂質量分數則明顯受到氮沉降抑制。造成這種情況的機理可能是在土壤膠體中的Mg被其他離子吸附。研究結果與袁穎紅等[22]和樊后保等[23]相一致，但與王強等[24]的相反。生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)的改變程度和方向往往取決于多種因素，例如，物種組成、林齡、土壤類型、氣候、地形和外加氮源的組成與施加的頻率等，因此，目前研究結果出現不一致性。

本研究在西藏開展了1 a的氮沉降的試驗，試驗結果與現有研究有相同的地方，也有不同的地方，建議未來的研究集中于長期試驗資料與在受到和未受到影響的地方進行野外觀測的比較，根據不同地區(qū)的氮沉降量進行氮增加試驗，可以更精確地反映未來大氣氮沉降的速度，通過對所選定的生態(tài)系統(tǒng)響應狀況的探測，反映不同地區(qū)調控因子的變化梯度。

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EffectsofSimulatedNitrogenDepositiononSoilPhysicochemicalPropertyofQuercusForestinTibet//

Han Yanying, Liu Yunlong, Ye Yanhui, Du Jiahao
(Xizang Agriculture and Animal Husbandry College, Linzhi 860000, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(9)：73-76.

Nitrogen deposition; Linzhi Tibet;Quercusforest; Soil physicochemical property

S151

1)國家自然科學基金項目(31360119，31460112)、西藏農牧學院大學生創(chuàng)新性實驗項目(2014，2015)、卓越農林人才教育培養(yǎng)計劃改革試點項目-林學(2014)。

韓艷英，女，1978年4月生，西藏農牧學院資源與環(huán)境學院，副教授。E-mail:hanyanying3554@126.com。

，葉彥輝，西藏農牧學院資源與環(huán)境學院，副教授；中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，博士研究生。E-mail:yeyanhui3554@126.com。

2017年4月17日。

責任編輯：任 俐。

To investigate the effects of different degrees of nitrogen deposition on soil nutrient and soil soluble organic carbon content, a field experiment was conducted in Zhuqudeng Village Bujiu Linzhi County TibetQuercusforest, fom July 2014 to August 2015 of simulated nitrogen depositioninsitu(CK, 0, 25, 50, and 150 kg·hm-2·a-1). The effects of nitrogen deposition on the organic matter, total N, total P, total K, available N, available P, available K, exchangeable Ca, exchangeable Mg and pH value and soluble (P<0.05). With the increase of simulated nitrogen deposition, the exchangeable Mg and soluble organic carbon fractions of 0-20 cm soil were inhibited, and the total K content and pH value were increased. The contents of organic matter, total N and available K were increased under low nitrogen treatment and decreased under medium and high nitrogen treatment. All P, available N and available P were increased under LN and HN treatment and decreased in MN treatment. While the exchangeable Ca content was increased after high nitrogen treatment, and then decreased under high nitrogen treatment.