氮沉降對香榧林地土壤理化性狀及植株性狀的影響

高雅迪，胡淵淵，吳家勝

(浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，浙江 杭州 311300)

大氣氮沉降是指人類活動產(chǎn)生的活性氮進(jìn)入大氣后，通過降水等一系列途徑從大氣中又沉降回到陸地或海洋生態(tài)系統(tǒng)的過程，是N素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)[1]。我國現(xiàn)已成為歐美之后的第三大氮沉降區(qū)域[2]，年平均氮沉降量已達(dá)21.1 kg·hm-2，其中東南區(qū)域最為嚴(yán)重，高達(dá)35.6 kg·hm-2[3]。尤其值得關(guān)注的是，有研究預(yù)計，今后熱帶亞熱帶地區(qū)將成為全球大氣氮沉降最嚴(yán)重的區(qū)域[4]。

香榧(Torreyagrandiscv.merrilii)為裸子植物，是榧樹(TorreyagrandisFort. ex Lindl)中經(jīng)過無性繁殖的優(yōu)良栽培品種類型[5]，也是我國山地重要的經(jīng)濟樹種，發(fā)源地與主產(chǎn)地均在浙江會稽山區(qū)[6]。香榧種仁作為極具營養(yǎng)價值的堅果，含有豐富的蛋白質(zhì)、粗纖維、脂肪酸和多種維生素[5,7]。在本研究檢索范圍內(nèi)，大量的有關(guān)氮沉降的研究主要集中在植物生產(chǎn)力、溫室氣體排放和土壤微生物等方面[8-10]，關(guān)于氮沉降對果實發(fā)育影響的研究鮮見報道。在氮沉降持續(xù)升高的背景下，明確長期氮沉降對香榧林土壤元素、葉片元素和種仁品質(zhì)的影響，對于促進(jìn)香榧生態(tài)栽培和保證香榧產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展兼具理論和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于浙江省杭州市臨安區(qū)於潛鎮(zhèn)振大苗木場(30°10′N，119°22′E)，為土質(zhì)疏松、排水良好的山坡地。香榧林種植于2001年，林分密度為1 400株·hm-2，香榧樹平均地徑為16.2 cm，平均樹高為3.8 m，平均樹齡為19 a。采用統(tǒng)一的田間管理，一年施肥2次：3月中旬施入速效肥，促進(jìn)新梢和雌球花發(fā)育； 9月中旬采果以后施用化肥和有機肥，為第2年生長積累養(yǎng)分。

1.2 處理設(shè)計

2015年4月開始試驗，設(shè)置2個處理：對照(CK)和人工模擬氮沉降處理(30 kg·hm-2·a-1，記為N30)。處理方法參考Williams等[11]和Sarathchandra等[12]，具體做法如下：N30以4 m×4 m為一個樣方面積，從2015年5月開始每月月初按照設(shè)置的氮沉降量，將對應(yīng)的NH4NO3溶解于蒸餾水中，用背式噴霧器從樹冠上方均勻噴灑在樣方內(nèi)；CK的樣方內(nèi)噴灑等量的蒸餾水。每個處理樣樹有3個重復(fù)。

1.3 樣品采集

1.3.1 土樣采集

在香榧種子收獲后，即2018年9月下旬采集土樣。在每株樹冠地面的投影面積，距樹干50～70 cm處于東、西、南、北4個方位采集表層(0～20 cm)土樣，混合后裝入1個干凈的塑料密封袋內(nèi)，帶回土壤風(fēng)干室。

1.3.2 葉片和種實采集

取樣高度選擇距地1.5 m處，在香榧樹的外圍，從東、西、南、北4個方向分別采集當(dāng)年生枝條2個。同一株香榧的葉片混合裝袋。將樣品帶回實驗室，80 ℃烘至恒重，粉碎、過篩后供化學(xué)分析使用。待種實成熟期(2018年9月10日)，隨機選取60粒種實，用于形態(tài)指標(biāo)測定和種仁品質(zhì)測定。

1.4 測定方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)測定

土壤pH測定：用1 mol·L-1KCl浸提，液土體積質(zhì)量比2.5∶1，振蕩30 min后，用pH計測定懸濁液pH值。土壤全氮采用凱氏定氮法測定，堿解氮采用鎘柱還原法測定，全磷采用(HClO4-H2SO4浸提)鉬藍(lán)比色法測定，速效磷采用NH4F-HCl法測定，速效鉀采用1 mol·L-1中性醋酸銨提取-原子吸收分光光度法測定，總有機碳采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定。詳細(xì)方法參考魯如坤[13]。

1.4.2 葉片元素測定

葉片氮含量采用凱氏定氮法測定，磷含量采用鉬銻抗比色法測定，鉀、鎂、鈣、錳、鋅含量直接用乙炔空氣火焰的原子吸收分光光度計(M6型，Thermo Fisher Scientific)測定。具體方法參考董鳴[14]。

1.4.3 香榧種實大小形態(tài)與種仁品質(zhì)測定

待種實成熟期(2018年9月10日)，隨機選取20粒種實，用游標(biāo)卡尺測量每粒種實的長度(L)、寬度(W)，并用電子天平稱量鮮重，精確到0.001 g。用刀片取下假種皮后，放置于105 ℃烘箱中殺青40 min，再65 ℃烘24 h至恒重，稱量干重，精確到0.001 g。

參考郝再彬等[15]的方法測定含油率。用液氮將種子研磨后，放入65 ℃的烘箱烘干，濾紙在使用之前先烘1 h并進(jìn)行稱量，取烘干后樣品約4 g，用烘干后的濾紙包好，再進(jìn)行烘干操作。之后，稱量濾紙與樣品烘干后的總重。用30～60 ℃石油醚提取8～10 h，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀分離石油醚與油，油放入4 ℃冰箱保存，用于脂肪酸組分測定，樣包放入65 ℃烘箱烘干后進(jìn)行稱量，計算含油率。淀粉和可溶性總糖的測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)法，具體方法參考孔祥生等[16]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤養(yǎng)分的影響

從表1可知，與CK相比，N30處理下香榧林土壤的pH值和速效鉀含量顯著降低，總有機碳含量顯著增加，堿解氮、全氮、速效磷和全磷含量均無顯著變化。

表1 不同處理下香榧林地土壤養(yǎng)分的變化

2.2 對葉片營養(yǎng)元素的影響

從表2可知，與CK相比，N30處理下香榧當(dāng)年生葉片的鉀含量顯著降低，鎂、鋅含量顯著增加，而氮、鈣、錳、磷含量均無顯著變化。

表2 不同處理下香榧當(dāng)年生葉片主要元素含量的變化

2.3 對種實表觀形態(tài)的影響

從表3可知，與CK相比，N30處理下香榧種實的縱徑、橫徑和體積均顯著降低，每粒香榧種實的鮮重顯著降低了18.7%，每粒種仁的鮮重、干重分別顯著降低了26.8%和26.7%。

表3 不同處理下香榧種實表觀形態(tài)的變化

2.4 對種仁品質(zhì)的影響

從表4可知，與CK相比，N30處理下香榧種仁中的可溶性糖含量顯著增加，但含油率、淀粉含量和可溶性蛋白含量無顯著變化。

表4 不同處理下香榧種仁品質(zhì)的變化

3 討論

鉀在促進(jìn)果實發(fā)育、提高產(chǎn)量、增進(jìn)品質(zhì)、增強植物抗逆性等方面均具有十分重要的作用，因此，有“品質(zhì)元素”之稱[21-22]。速效鉀是最能直接反映土壤供鉀能力的指標(biāo)，和植物鉀含量往往有比較好的相關(guān)性。研究表明，氮沉降處理下的土壤速效鉀含量顯著降低，且隨氮沉降時間的延長降幅增大[23]。本研究結(jié)果顯示，與CK相比，N30處理下香榧林地土壤中的速效鉀和香榧當(dāng)年生葉片中的鉀含量均顯著降低，而且N30處理的香榧種實顯著小于CK，表明長期氮沉降加速土壤中速效鉀的淋失，影響香榧種實的發(fā)育。