農(nóng)田轉(zhuǎn)化林地土壤可溶性氮的初期變化1)

袁在翔 關(guān)慶偉 鄒朋峻 谷雨晴 吳茜 金雪梅 陳霞

(南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心(南京林業(yè)大學(xué)) ，南京，210037) (中山陵園管理局)

可溶性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)受各種生物與非生物因素影響(如：土壤類型、植被組成、經(jīng)營(yíng)措施以及土壤的物理、化學(xué)和生物特性等)[10]，這主要?dú)w因于植物生長(zhǎng)代謝特征、凋落物輸入的數(shù)量與質(zhì)量、肥料類型與用量以及土壤有機(jī)質(zhì)礦化的差異[10-11]。土地利用變化改變了原有土壤的微環(huán)境以及氮循環(huán)的輸入、礦化、輸出過程[12]，所以對(duì)可溶性氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也能產(chǎn)生顯著影響?？紫橹业萚13]研究表明，農(nóng)田利用方式對(duì)可溶性氮素的影響達(dá)到顯著水平，同時(shí)也對(duì)可溶性氮在土壤中的遷移產(chǎn)生影響；楊成等[3]認(rèn)為種植模式對(duì)農(nóng)田土壤可溶性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和組分有著顯著影響；趙路紅等[14]研究結(jié)果表明，在黃土丘陵區(qū)，退耕還林15 a后，相比于鄰近的傳統(tǒng)坡耕地，由固氮樹種組成的人工林提高了土壤可溶性氮各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

農(nóng)田轉(zhuǎn)化為林地是較為常見一種土地利用變化[15]。在長(zhǎng)江中下游平原，由于城市綠化和防護(hù)林建設(shè)的需要，部分農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值?，以往?duì)土壤可溶性氮的研究較為缺乏，合理評(píng)估農(nóng)田及其周邊林地的土壤可溶氮狀況，對(duì)了解不同土壤生態(tài)系統(tǒng)之間的可溶性氮遷移和流失等方面具有重要意義。因此，本研究以鄰近傳統(tǒng)農(nóng)田為對(duì)照，相同林齡、林分密度及立地條件的水杉(Metasequoiaglyptostroboides)純林、香樟(Cinnamomumcamphora)純林、重陽(yáng)木(Bischofiapolycarpa)純林土壤為研究對(duì)象，探究農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值貙?dǎo)致的土壤可溶性氮的初期變化，及其在不同林分在各土層之間的差異，以期為城市森林樹種的選擇提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于長(zhǎng)江三角洲沖積平原的江蘇省太倉(cāng)市城廂鎮(zhèn)。氣候?yàn)楸眮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫15.5 ℃，降水量1 078.1 mm，日照時(shí)間1 960.9 h，無(wú)霜期226 d。試驗(yàn)地在造林之前一直為水稻田，地勢(shì)平坦，具有相同的耕作歷史，為了提高森林覆蓋率，于2008年春季營(yíng)造了水杉、香樟、重陽(yáng)木3種類型的人工純林。造林苗木3年生，造林密度3 m×3 m。各林分概況詳見表1。

表1 林分基本概況

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年11月中旬，在3種林齡、密度及立地條件相同的人工純林中，每個(gè)林分隨機(jī)設(shè)置3個(gè)20 m×20 m樣地，同時(shí)選取林地附近的水稻田作為對(duì)照樣地。在每個(gè)樣地內(nèi)，按“S”型設(shè)置7個(gè)土樣采集點(diǎn)，并用土鉆采取土壤深度(h)為0

2.2 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定

可溶性無(wú)機(jī)氮：土壤銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)用2 mol/L KCl浸提靛酚藍(lán)比色法進(jìn)行測(cè)定，硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)用雙波長(zhǎng)(紫外)分光光度法進(jìn)行測(cè)定；將土壤浸提液加入堿性過硫酸鉀(0.15 mol/L NaOH和30 g/L K2S8O4)氧化劑，放入高壓滅菌鍋，在120 ℃條件下氧化30 min后，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定該浸提液的可溶性全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表2 不同土地利用方式土壤基本理化性質(zhì)

2.3 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析，Origin 8.5進(jìn)行作圖。用單因素分析法分析土壤基本理化性質(zhì)和可溶性氮在不同處理之間的差異，用雙因素分析法分析土地利用方式和土層及其交互作用對(duì)土壤可溶性氮的影響，顯著水平定義為P<0.05，極顯著水平定義為P<0.01。用Pearson相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)可溶性氮組分與土壤基本理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 可溶性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)及變化

由表3可知，土地利用方式和土壤深度分別對(duì)可溶性全氮、可溶性有機(jī)氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有極顯著影響(P<0.01)，土地利用方式和土壤深度的交互作用僅對(duì)可溶性全氮、可溶性有機(jī)氮和硝態(tài)氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響極為顯著(P<0.01)，而對(duì)銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)顯著影響。在水稻田轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值牡?年，與對(duì)照相比，人工純林0

表3 不同土地利用方式土壤可溶性氮各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3.2 可溶性氮各組分的比例及變化

由表4可知，雖然試驗(yàn)地可溶性全氮所占比例不到2%，但各可溶性氮組分與全氮的比值對(duì)土地利用方式和土壤深度以及它們之間的交互作用的響應(yīng)極為顯著(P<0.01)。與鄰近水稻田相比，人工純林0

表4 不同土地利用方式土壤可溶性氮組分占全氮的百分比

續(xù)(表4)

3.3 可溶性氮各組分與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系

由表5可知，試驗(yàn)地土壤可溶性全氮、可溶性有機(jī)氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮均與土壤含水率、有機(jī)碳、全氮和微生物生物量碳氮呈顯著或極顯著正相關(guān)(P<0.05或P<0.01)，與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。此外，可溶性全氮、可溶性有機(jī)氮和硝態(tài)氮還與土壤粉粒呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

表5 可溶性氮組分及土壤理化性質(zhì)之間的皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)(n=48)

4 結(jié)論與討論

4.1 土地利用變化的初期對(duì)可溶性氮的影響

雖然土壤中可溶性氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及比例較低，但土地利用變化對(duì)可溶性氮個(gè)組分的影響顯著。在水稻田轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ち值某跗冢?

土地利用變化對(duì)可溶性氮個(gè)組分的影響程度各有差異。研究中可溶性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低主要源于可溶性有機(jī)氮、硝態(tài)氮的損失，但可溶性氮各組分降幅由大到小依次為：硝態(tài)氮(-64.89%)、可溶性全氮(-29.73%)、可溶性有機(jī)氮(-26.11%)、銨態(tài)氮(-15.12%)，表明該種土地利用變化的初期對(duì)硝態(tài)氮的影響最為敏感，而銨態(tài)氮?jiǎng)t相對(duì)較不敏感。這主要是因?yàn)橄鯌B(tài)氮相較于其他可溶性氮組分，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，較小的改變就能產(chǎn)生顯著的變化。一般在中堿性土壤，水稻對(duì)銨態(tài)氮選擇吸收性較多[20]，林木則對(duì)硝態(tài)氮選擇性吸收較多[21-22]；并且，由于所帶電荷的特性，硝態(tài)氮易淋溶損失，銨態(tài)氮?jiǎng)t易被土壤膠體吸附[23]。此外，農(nóng)田轉(zhuǎn)化林地顯著改變了表層土壤(0

4.2 樹種對(duì)造林初期的可溶性氮含量變化影響

樹種能顯著影響造林初期土壤可溶性氮的降幅，主要與林木生長(zhǎng)特性、細(xì)根周轉(zhuǎn)、凋落物數(shù)量與質(zhì)量以及根際土壤微生物有關(guān)[2，25-27]。一般來(lái)說(shuō)，細(xì)根周轉(zhuǎn)和凋落物分解較快的林分，其土壤可溶性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高[2，28]。落葉闊葉樹種細(xì)根壽命低于常綠樹種[29]，但其細(xì)根氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于常綠樹種[30]，表明落葉闊葉林的細(xì)根周轉(zhuǎn)較快，由細(xì)根分解產(chǎn)生的可溶性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。此外，闊葉樹凋落物葉片氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于針葉樹[31]，這表明闊葉林中源于凋落物層分解及淋溶產(chǎn)生的土壤可溶性氮較多。因此，本研究中重陽(yáng)木落葉闊葉林土壤中由細(xì)根周轉(zhuǎn)和凋落物分解產(chǎn)生的可溶性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。此外，由不同造林樹種導(dǎo)致的各林分土壤有機(jī)碳、全氮、含水率、土壤密度等理化性質(zhì)的差異，在一定程度上影響造林初期可溶性氮在不同樹種林分之間的降幅。

4.3 土層對(duì)造林初期的可溶性氮含量變化影響

試驗(yàn)地造林初期的土壤可溶性氮的降幅主要集中在0

綜上所述，在長(zhǎng)江三角洲沖積平原，農(nóng)田轉(zhuǎn)化林地短期內(nèi)顯著降低了0