楊樹(shù)人工林下根系的氮素循環(huán)與動(dòng)態(tài)特征分析

王 超

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域概況 取樣地選擇于四川省成都市生態(tài)試驗(yàn)站，該地屬于四川盆地的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。無(wú)論氣溫還是年平均降水，皆適合楊樹(shù)生長(zhǎng)。試驗(yàn)期選擇為夏季，試驗(yàn)樹(shù)種為栽種的黑楊樹(shù)苗。春季楊樹(shù)剛剛發(fā)出新嫩的枝和葉，七八月是楊樹(shù)生長(zhǎng)的高峰期，此后楊樹(shù)苗生長(zhǎng)逐漸緩慢直至停滯，秋節(jié)基本停止生長(zhǎng)，到了冬季，尤其是嚴(yán)霜以后，過(guò)渡到休眠期。試驗(yàn)林地的土壤是大面積的紫色土，呈中性，有機(jī)質(zhì)含量較低，全氮含量最低，全磷與全鉀含量較高，土壤肥力處于中等偏上。

1.2 研究方法 樣品細(xì)根取樣、分解試驗(yàn)、細(xì)根年生物量的測(cè)定、土壤樣品采集與處理參見(jiàn)趙建誠(chéng)的研究[1]。土壤與植物樣本的全氮測(cè)量利用半微量凱氏定氮法，土壤的水解氮測(cè)試?yán)脡A解擴(kuò)散法，土壤NH3-N的測(cè)試借助蒸餾方式。

2 結(jié)果和分析

2.1 楊樹(shù)人工林下其細(xì)根氮的分布情況和生物循環(huán)

2.1.1 楊樹(shù)細(xì)根氮的分布情況 楊樹(shù)的各個(gè)部位具體的含氮量存在一定的差異，根部細(xì)胞生長(zhǎng)快，極富呼吸力。對(duì)于整體的根系，幼根的吸取力是最強(qiáng)的。根毛數(shù)目眾多，且?guī)юば?，易緊貼于土壤的顆粒，進(jìn)而促進(jìn)根系吸收養(yǎng)分的數(shù)量與速度大幅度增長(zhǎng)，使得無(wú)機(jī)養(yǎng)分借助根部的吸收傳到根細(xì)胞。土壤中富含氮元素。然而，林木的細(xì)根中含氮量和土壤總體的氮量沒(méi)有很大的關(guān)聯(lián)。所以，提升楊樹(shù)對(duì)土壤中氮的吸收程度是一個(gè)重要問(wèn)題。

2.1.2 林木細(xì)根氮的循環(huán) 為揭示出楊樹(shù)的細(xì)根氮循環(huán)特點(diǎn)，可引進(jìn)以下循環(huán)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：周轉(zhuǎn)期為營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)速率標(biāo)準(zhǔn)，表征元素在林木內(nèi)的存留時(shí)間；依據(jù)元素的現(xiàn)存量和年歸還量的比值，能夠得到楊樹(shù)細(xì)根里氮周轉(zhuǎn)期；循環(huán)系數(shù)為循環(huán)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，為歸還量和吸收量比值。計(jì)算結(jié)果顯示，四川省成都市生態(tài)試驗(yàn)站區(qū)域的楊樹(shù)細(xì)根氮循環(huán)系數(shù)為0．35，吸收系數(shù)為0．004 3，楊樹(shù)細(xì)根內(nèi)的氮吸收強(qiáng)度一般。

2.2 楊樹(shù)人工林下土壤總氮與NH3-N含量的季節(jié)變化

2.2.1 土壤總體含氮量的季節(jié)變化 試驗(yàn)地環(huán)境下土壤總體氮含量在整個(gè)生長(zhǎng)季的變化幅度較小。淺土層中的全氮量皆大于較深土層中的全氮量，而且在楊樹(shù)的整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)皆是如此。另外，經(jīng)F檢驗(yàn)可知，淺土層、深土層的土壤中氮量有著明顯的差別。同一土壤上下土層，盡管母質(zhì)、氣候條件基本相同，但由于水熱狀況、物質(zhì)來(lái)源等差別，導(dǎo)致上下層的有機(jī)態(tài)氮的構(gòu)成與含量顯著差異。原因是土壤剖面總體含氮量的變化主要受到林木枯落物的歸還量與土壤淋溶強(qiáng)度的影響。

2.2.2 土壤中NH3-N含量的季節(jié)變化 土壤中可以被林木吸取的氮主要取決于土壤中氮礦化、生物吸收、銨固定和釋放、硝化、植物吸收與氨揮發(fā)、反硝化與淋失等很多因素。土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮中，交換性的銨溶液中銨最易被根部吸收。土壤內(nèi)的NH3-N一般來(lái)自于土壤中的有機(jī)氮。因富里酸與雜環(huán)氮較為穩(wěn)定，很難被土壤微生物分解，所以不在其中。因此，NH3-N往往來(lái)自于土壤生物體內(nèi)的有機(jī)氮。這些生物體內(nèi)的氮包括蛋白質(zhì)、核酸、酰氨等。蛋白質(zhì)在真菌、微生物、細(xì)菌的影響下水解為氨基酸，然后脫氨成為有機(jī)酸與氨。這種有機(jī)氮的氨化程度取決于氣溫，氣溫高，氨化作用就強(qiáng)。楊樹(shù)人工林下表層土壤中NH3-N含量隨著季節(jié)變化而變化，從4月起逐漸增高，到8月到最大值，9月起降低，10月林地土壤中基本不能檢測(cè)出NH3-N。

2.3 草根和楊樹(shù)細(xì)根中氮的變化與土壤氮的關(guān)系

2.3.1 草根氮濃度的變化 草根氮濃度隨著生長(zhǎng)季逐步增加，盛夏時(shí)期氮的濃度最大，以后逐漸降低。這表明草根吸收氮養(yǎng)分的季節(jié)比較集中，而且在夏季存在顯著的高峰期。

2.3.2 楊樹(shù)活細(xì)根中氮變化和生物量之間的關(guān)系 楊樹(shù)活細(xì)根中氮濃度隨著季節(jié)的變化而波動(dòng)，在整個(gè)生長(zhǎng)期相對(duì)穩(wěn)定，未呈現(xiàn)顯著的峰期，而5、9月相對(duì)較低。其變化的趨勢(shì)與活細(xì)根生物量的變化大勢(shì)相同。在生長(zhǎng)期，每個(gè)月楊樹(shù)活細(xì)根的生物量與根氮濃度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，氮供應(yīng)量和生物量總體呈典型的線性關(guān)系，證明氮供應(yīng)良好，對(duì)于活細(xì)根的生物量起到促進(jìn)作用。按照楊樹(shù)活細(xì)根中的氮濃度可以估計(jì)出生物量，進(jìn)而為測(cè)定活細(xì)根的生物量找出新的路徑。

2.3.3 草根中氮含量與氣溫變化相關(guān) 草根含氮量的變化和氣溫的變化大概一致。從5月起逐漸增多，到8月達(dá)最大值，之后逐漸降低。由于很多植物的根系吸收養(yǎng)分需要適當(dāng)?shù)臏囟取鉁氐母叩完P(guān)系到植物體內(nèi)的代謝與能量的釋放。因植物對(duì)于礦質(zhì)元素的吸收是消耗能量的過(guò)程，溫度影響根部細(xì)胞的主動(dòng)吸收。因此，溫度的高低影響根系對(duì)于礦質(zhì)元素的吸收程度。

2.3.4 草根中含氮量和土壤NH3-N的關(guān)系 整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)草根含氮量的變化和較深土層內(nèi)NH3-N的變化大體相同。由于氨態(tài)氮含量過(guò)于低，因此一般很難檢測(cè)具體數(shù)量，除10月外，二者呈明顯的正相關(guān)。楊樹(shù)細(xì)根內(nèi)的氮含量和土壤中的NH3-N、水解氮沒(méi)有呈現(xiàn)顯著的關(guān)聯(lián)。不同植物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收與養(yǎng)分的形態(tài)有關(guān)。楊樹(shù)是陽(yáng)性的樹(shù)種，吸收氮以NO3-N為主。

[1]趙建誠(chéng)．歐美楊Ⅰ-107根系特征及鹽、旱脅迫對(duì)其生理特性的影響[D]．泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013．