不同形態(tài)外源氮對(duì)馬尾松與廣玉蘭落葉分解的影響

周林濤，黃 欣，宋曰欽

（1.深圳市日昇園林綠化有限公司，廣東 深圳 518000； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物線蟲研究室，廣東 廣州 510642；3.黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，黃山 安徽 245041）

不同形態(tài)外源氮對(duì)馬尾松與廣玉蘭落葉分解的影響

周林濤1，黃 欣2，宋曰欽3

（1.深圳市日昇園林綠化有限公司，廣東 深圳 518000； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物線蟲研究室，廣東 廣州 510642；3.黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，黃山 安徽 245041）

以馬尾松及廣玉蘭落葉為試驗(yàn)材料，以濃度均為 75 mg/kg 的 NH4Cl、KNO3、NH4NO3溶液為試驗(yàn)處理液，采用分解袋方法，通過對(duì)落葉施加不同形態(tài)外源氮的方式模擬氮沉降，研究不同形態(tài)外源氮對(duì)馬尾松及廣玉蘭落葉分解的影響。結(jié)果表明：施加外源氮素可以促進(jìn)落葉的分解，外源氮對(duì)不同樹種落葉分解的促進(jìn)效果不同；廣玉蘭落葉在外源氮處理后分解率增加更為明顯，161 天后其各處理分解率均在馬尾松落葉分解率的 1.2 倍以上。氮源形態(tài)對(duì)馬尾松、廣玉蘭落葉分解率的影響均達(dá)極顯著（馬尾松 F=1 262.9 P ＜ 0.01，廣玉蘭 F=165.3 P ＜ 0.01），其中硝態(tài)氮處理效果最好，161 天后馬尾松和廣玉蘭落葉的分解率分別為 9.79% 和13.02%。分解時(shí)間對(duì)馬尾松與廣玉蘭落葉分解率的影響均達(dá)極顯著。

落葉分解；馬尾松；廣玉蘭；外源氮形態(tài)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類社會(huì)的工業(yè)化生產(chǎn)、毀林開荒和農(nóng)業(yè)大規(guī)模施肥等使得陸地生態(tài)系統(tǒng)的氮素相對(duì)工業(yè)革命前增加了 3 ～ 5 倍［1］，某些地區(qū)和國(guó)家的大氣氮沉降速度至少增加了3 ～ 10 倍［2-3］。這些氮素很大一部分來源于人類活動(dòng)，比如工業(yè)化的發(fā)展、化石燃料的燃燒、農(nóng)業(yè)活動(dòng)中氮肥的使用與固氮作物種植、集約畜牧業(yè)等［4］。這種氮沉降對(duì)地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的作用也不盡相同，例如低濃度的大氣氮沉降能夠促進(jìn)某些植物的生長(zhǎng)，提高其固碳能力［5-7］；高濃度的氮沉降則會(huì)導(dǎo)致生物多樣性的降低，土壤酸化與養(yǎng)分流失［8-9］。

N 是影響森林凋落物分解的重要營(yíng)養(yǎng)元素，C/N 常作為衡量 N 分解速度的指標(biāo)［10］，因而氮沉降對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)特征，特別是對(duì)森林凋落物分解速率的影響成為森林凋落物研究的新熱點(diǎn)。許多學(xué)者已開始了相關(guān)領(lǐng)域的研究［11-15］，大多數(shù)研究認(rèn)為外源N會(huì)提高落葉的分解速率。

為研究不同氮源對(duì)北亞熱帶地區(qū)凋落物分解的影響，分析氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)可能造成的影響，作者選取長(zhǎng)江中下游地區(qū)常見的 2 個(gè)園林栽培樹種——馬尾松和廣玉蘭作為研究對(duì)象，分別作為針葉樹和闊葉樹的代表，以銨態(tài)氮（NH4Cl）、硝態(tài)氮（KNO3）和混合氮（NH4NO3）為氮源形態(tài)類型，研究不同形態(tài)氮源對(duì)馬尾松和廣玉蘭落葉分解的影響，為更好地了解環(huán)境條件的變化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)功能的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于 2009 年 11 月在黃山學(xué)院南區(qū)校園內(nèi)收集馬尾松、廣玉蘭的新鮮凋落葉（近 1～2 天凋落的），在室內(nèi)風(fēng)干、待用。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法為結(jié)合張鼎華［16］等和李仁洪［17］等的研究方法，并加以改進(jìn)。在實(shí)驗(yàn)室配置濃度均為 75 mg/kg 的 NH4Cl、KNO3、NH4NO3溶液作為試驗(yàn)處理液，同時(shí)以純凈水處理作為對(duì)照。

凋落物分解采用網(wǎng)格分解袋法。以 12 cm×20 cm 的尼龍網(wǎng)袋（孔徑為 1.5 mm × 1.0 mm）作為分解袋，以取自田間的黃心土為土壤，將凋落物稱重后放入分解袋中，置于土壤表面，使其分解。稱取 10 g 左右（精確至 0.001 g）的風(fēng)干落葉樣品，并將裝有落葉樣品的尼龍網(wǎng)袋平放在裝有黃心土（土壤含水量控制在 60%）的容器中。取 3 袋樣品測(cè)定其初始含水量（先于 105° 烘箱中烘 15 min，再將溫度調(diào)至 90° 烘至恒質(zhì)量）。

試驗(yàn)共設(shè) 4 個(gè)水平（4 種處理），分別為 N1、N2、N3 和對(duì)照（CK）。N1、N2、N3 處理分別噴灑 75 mg/kg 的 NH4Cl、KNO3、NH4NO3溶液，對(duì)照組噴灑純凈水。每種處理 3 個(gè)重復(fù)。每個(gè)處理的落葉中噴灑 100 ml 相應(yīng)溶液或等體積的純凈水。然后將各處理置于室內(nèi)，并定期稱量質(zhì)量和以蒸餾水補(bǔ)充水分，使田間持水量保持在 60%。

從 2010 年 3 月開始，定期取樣，試驗(yàn)開始后，前 14 天每 7 天取樣 1 次，試驗(yàn)的第 15 ～ 56 天期間每 14 天取樣 1 次，試驗(yàn)開始 56 天以后每21 天取樣 1 次，直至取完，共計(jì)取樣 10 次。每次每 1 個(gè)處理取樣 3 袋（即每種處理共取樣 9 袋）。分解袋取回后，取出葉片用蒸餾水漂洗干凈后，置于 65 ℃ 下烘干至恒質(zhì)量并記錄；最后粉碎，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)馬尾松和廣玉蘭落葉初始干質(zhì)量與經(jīng)不同時(shí)間分解后干質(zhì)量的變化來計(jì)算分解率 Re。其計(jì)算公式為：

式中：M0為分解開始前凋落物樣品的干質(zhì)量；Mt為分解時(shí)間為 t 時(shí)，凋落物樣品的干質(zhì)量。采用 Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并制圖，再對(duì)凋落物不同分解時(shí)間的分解率進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換后，采用 SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同形態(tài)氮源對(duì)馬尾松落葉分解的影響

從圖 1 可以看出：在馬尾松落葉中噴灑外源氮能促進(jìn)其分解，且隨著分解時(shí)間的延長(zhǎng)，不同形態(tài)氮源處理的馬尾松落葉，其分解率均不斷上升，但上升速度逐漸放緩；從分解率曲線的變化趨勢(shì)看，N2 處理的落葉在分解 161 天后分解率最大，為 9.1%，大于 N3 處理的 7.67%、N1 處理的 6.9%及 CK 的 6.45%。由圖 1 還可以看出，N1 和對(duì)照組在各測(cè)定時(shí)間點(diǎn)的分解率都極為接近，甚至個(gè)別時(shí)間點(diǎn)上 CK 的分解率還高于 N1 的。說明以 75 mg/kg 的 NH4Cl 噴灑馬尾松落葉對(duì)其分解的促進(jìn)作用不明顯。

圖1 不同形態(tài)氮源處理的馬尾松落葉不同處理時(shí)間的分解率Fig.1 Leaf litter decomposition rate of Pinus massoniana Lamb under different treatments

2.2 不同形態(tài)氮源對(duì)廣玉蘭落葉分解的影響

由圖 2 可以看出：隨著分解時(shí)間的延長(zhǎng)，廣玉蘭落葉的分解率逐漸升高，并且分解率的增加速度為分解前期大于分解后期。用不同形態(tài)外源氮處理的廣玉蘭落葉，其分解率不同；分解 161 天后，N1、N2、N3 處理的分解率分別為7.9%、13.02%、9.79%，CK 為 7.46%?？梢姡琋2 處理的廣玉蘭落葉分解最好。從圖 2 中還能看出，N1 處理的廣玉蘭落葉分解率與對(duì)照組落葉分解率曲線十分接近，說明以 75 mg/kg 的 NH4Cl 噴灑廣玉蘭落葉對(duì)其分解的促進(jìn)作用不明顯。

圖2 不同形態(tài)氮源處理的廣玉蘭落葉不同處理時(shí)間的分解率Fig.2 Leaf litter decomposition rate of Magnolia grandi flora L.under different treatments

2.3 氮源形態(tài)及處理時(shí)間對(duì)馬尾松和廣玉蘭落葉分解率的影響

對(duì)不同形態(tài)氮源處理馬尾松與廣玉蘭落葉在161 天內(nèi)不同時(shí)間的分解率進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后作雙因素方差分析，結(jié)果（表 1）表明：不同形態(tài)氮源各處理之間馬尾松與廣玉蘭落葉的分解率均存在極顯著差異，氮源形態(tài)是影響馬尾松與廣玉蘭落葉分解的主要因素之一；分解時(shí)間對(duì)馬尾松與廣玉蘭落葉的分解率的影響均達(dá)極顯著差異。

表1 馬尾松與廣玉蘭落葉分解率方差分析Tab.1 Variance analysis of leaf litter decomposition rate of Pinus massoniana Lamb and Magnolia grandi fl ora L.

3 結(jié)論與討論

一般認(rèn)為，大氣中 N 沉降的增加會(huì)對(duì)森林凋落物的分解速率產(chǎn)生影響。我國(guó)許多學(xué)者在野外和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)都進(jìn)行了相關(guān)研究［13-19］，其研究結(jié)果都顯示出落葉的分解速率會(huì)受到外源 N 的影響，但對(duì)葉凋落物分解的影響不全都表現(xiàn)為促進(jìn)作用。有研究［20］表明，很多因素都影響著 N 沉降對(duì)森林凋落物分解速率影響的結(jié)果，如試驗(yàn)對(duì)象的不同、試驗(yàn)中 N 處理類型的不同、采用的試驗(yàn)方法不同、試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短不同等，其最終結(jié)果取決于這些因素的共同作用。

本研究結(jié)果表明：對(duì)馬尾松和廣玉蘭落葉施加不同形態(tài)的氮源，2 種植物的落葉分解速率存在著差異。其中，對(duì)馬尾松落葉施加硝態(tài)氮在一定程度上能夠促進(jìn)其分解，分解 161 天時(shí)分解率為 9.1%，高于不加外源氮（對(duì)照組）的（6.45%）和施加銨態(tài)氮的（6.9%）。這與程煜［21］等的研究結(jié)果一致。廣玉蘭落葉在施加硝態(tài)氮分解 161 天時(shí)分解率為 13.02%，高于不加外源氮（對(duì)照組）的（7.46%）和施加銨態(tài)氮的（7.9%），施加硝態(tài)氮明顯加快了落葉分解的速度。施加外源氮能夠顯著提高馬尾松及廣玉蘭落葉的分解率（P ＜ 0.01），但不同形態(tài)的外源氮處理后效果不同，硝態(tài)氮對(duì)馬尾松及廣玉蘭落葉分解效果最好；相同外源氮處理不同樹種的落葉，其分解率也不相同，廣玉蘭落葉的分解率要高于馬尾松落葉的。

有研究［22］表明，外加氮能促進(jìn)森林凋落物分解的原因是外加氮提供了微生物活動(dòng)所需的氮素，降低了 C/N，提供了分解微生物所需的氮素，促進(jìn)了微生物的分解活動(dòng)，從而促進(jìn)凋落物分解。宋曰欽等［18］在不同氮源對(duì)三倍體毛白楊落葉分解影響的研究中得出，添加不同形態(tài)的氮源對(duì)三倍體毛白楊落葉分解都有一定程度的促進(jìn)作用，但不同形態(tài)氮源間促進(jìn)作用差異顯著，且銨態(tài)氮促進(jìn)落葉分解的效果優(yōu)于硝態(tài)氮和混合氮。這與本試驗(yàn)的結(jié)果不同。出現(xiàn)這種情況的原因可能是：①試驗(yàn)對(duì)象不同。本試驗(yàn)是以馬尾松與廣玉蘭為研究對(duì)象，宋曰欽的是以三倍體毛白楊為研究對(duì)象。②試驗(yàn)方法不同。本試驗(yàn)采用的是分解袋法，而宋曰欽等采用的是室內(nèi)培養(yǎng)法。③試驗(yàn)所用土壤來源不一樣，導(dǎo)致土壤中微生物種群組成不同，從而所利用氮源不一樣。有研究［23］表明，當(dāng)給林地施加無機(jī)或有機(jī)態(tài)的 N 時(shí)，可以促進(jìn)一些易分解的有機(jī)物質(zhì)的分解，但也延緩了一些不易分解的有機(jī)物質(zhì)的分解，這 2 種作用是同時(shí)存在的。其原因可能是抑制了酚氧化酶的合成，增加了有抑制作用和有毒的氨基苯酚物質(zhì)的含量或改變了各種真菌種群之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。因此，在對(duì)林地進(jìn)行營(yíng)林管理時(shí)，要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況采取適宜的營(yíng)林管理措施，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)森林的綜合、科學(xué)管理，確保生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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（文字編校：唐效蓉）

The effect of different form of exogenous nitrogen addition on decomposition of Pinus massoniana Lamb and Magnolia grandi fl ora L.leaf litter

ZHOU Lintao1，HUANG Xin2，SONG Yueqin3
（1.Shenzhen Risheng Gardening Co.Ltd.，Shenzhen 518000，China；2.Laboratory of Plant Nematology，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；3.College of Life and Environmental Sciences，Huangshan University，Huangshan 245041，China）

The effect of different form exogenous nitrogen addition on decomposition of Pinus massoniana Lamb and Magnolia grandi fl ora L.leaf litter were studied using a self-designed method of decomposition bag，with the treatments of NH4Cl（75 mg/kg）、KNO3（75 mg/kg）、NH4NO3（75 mg/kg）.The main results are as follows：（1）Exogenous nitrogen accelerated the leaves decomposition rate of both plants while the effect on M.grandi fl ora L.was stronger.The decomposition rate of M.grandi fl ora L.was 1.2 times stronger than P.massoniana Lamb in both treatments after 161 days.（2）Extreme significant effects on both plants with nitrogen s ources treatments were showed （P.massoniana Lamb F=1 262.9 P ＜ 0.01；M.grandi fl ora L.F=165.3 P ＜ 0.01）.The effect of nitrate nitrogen was the best and the decomposition rate of P.massoniana Lamband M.grandi fl ora L.after 161 days were 9.79% and 13.02% respectively.Extreme significant effects on decomposition rate of P.massoniana Lamb and M.grandi fl ora L.leaf litter due to time were showed.

leaves decomposition；Pinus massoniana Lamb；Magnolia grandi fl ora L.；exogenous nitrogen form

S 714

A

1003-5710（2017）02-0034-04

10.3969/j.issn.1003-5710.2017.02.007

2016-09-26

安徽省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2016A680）

周林濤（1988-）男，安徽省安慶市人，碩士，主要研究方向?yàn)樯峙嘤蛨@林植物引種馴化；E-mail：174334134@qq.com

宋曰欽，博士，教授；E-mail：723950094@qq.com