杉木人工林土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量特征對(duì)短期氮添加的響應(yīng)

舒 錕，李西悅，劉選茹，柳 奇，楊林凱，陳良華

(長(zhǎng)江上游林業(yè)生態(tài)工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)江上游森林資源保育與生態(tài)安全國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，華西雨屏區(qū)人工林生態(tài)系統(tǒng)研究長(zhǎng)期科研基地，四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)林業(yè)研究所，四川 成都 611130)

氮是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)中物種組成、多樣性、動(dòng)態(tài)和功能的關(guān)鍵性元素[1]，同時(shí)也是影響植物生長(zhǎng)的主要元素，影響著生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力.氮沉降是陸地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，表征大氣中活性氮化合物沉降到地表的過(guò)程，包括濕沉降和干沉降兩種形式[2].隨著工業(yè)化和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人為來(lái)源的含氮化合物與日俱增，中國(guó)已成為全球第三大氮沉降區(qū)域[3]，一些地區(qū)氮素的人為排放量已遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)氐氐牡V化速率.過(guò)量氮沉降對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、凋落物分解、碳氮礦化及養(yǎng)分生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征會(huì)產(chǎn)生顯著的影響[4-7]，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致土壤酸化、水體富營(yíng)養(yǎng)化和生物多樣性降低等嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題[8-9].

19 世紀(jì)中葉，李比希認(rèn)為，在生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所需元素需要保持一定的比例，限制生物生存的因子即為該生物最小需求量的生態(tài)因子.研究生態(tài)過(guò)程中化學(xué)元素的比例關(guān)系，特別是氮沉降區(qū)域土壤碳、N 和P 元素的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，可以有效認(rèn)識(shí)土壤養(yǎng)分平衡和受限狀況[10].有研究表明，氮沉降會(huì)改變土壤碳、氮和磷質(zhì)量比，并影響其化學(xué)計(jì)量比[11].可見(jiàn)，氮沉降的增加會(huì)改變森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)，影響土壤的碳、氮和磷化學(xué)計(jì)量特征[12].此外，土壤中，碳、氮和磷的化學(xué)計(jì)量特征不僅受經(jīng)緯度、海拔等因素的影響，還與土層深度、林分年齡有關(guān)[13-14].中國(guó)學(xué)者對(duì)氮沉降的研究主要以天然林或次生林為對(duì)象，較少以人工林為研究對(duì)象，較少關(guān)注不同發(fā)育階段林木對(duì)氮沉降的響應(yīng)差異，對(duì)于高氮沉降背景條件下的森林生態(tài)系統(tǒng)，相關(guān)研究更顯不足.

杉木（Cunninghamia lanceolata）是中國(guó)亞熱帶地區(qū)的主要造林樹(shù)種之一，具有生長(zhǎng)迅速、干形通直、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等優(yōu)勢(shì)，栽培面積廣，在區(qū)域林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中發(fā)揮著重要作用.杉木栽培區(qū)的土壤普遍存在鹽、酸、冷濕、缺磷等特點(diǎn)，可能對(duì)氮添加較為敏感.研究典型杉木人工林土壤養(yǎng)分質(zhì)量比及其化學(xué)計(jì)量比對(duì)氮添加的響應(yīng)，可豐富對(duì)氮沉降所引發(fā)生態(tài)效應(yīng)的認(rèn)識(shí).華西雨屏區(qū)氮沉降量高達(dá)9.5 g/（m2·a）[15]，但很少有學(xué)者以杉木人工林為對(duì)象，研究過(guò)量氮沉降對(duì)林地土壤化學(xué)特征的影響.因此，我們以華西雨屏區(qū)兩個(gè)林齡的杉木人工林（11 a 和18 a）林地為研究對(duì)象，以定期施氮的方式模擬氮沉降，研究短期氮添加對(duì)土壤碳、氮和磷養(yǎng)分質(zhì)量比和化學(xué)計(jì)量比的影響，研究結(jié)果可為杉木林地的氮素管理和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論支持和科學(xué)依據(jù).

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況研究區(qū)位于四川省眉山市洪雅縣洪雅林場(chǎng)八面山工區(qū)（102°49′～103°32′E，29°24′～30°0′N），地處四川盆地西南邊緣，海拔1 200 m，年平均日照時(shí)長(zhǎng)1 006.1 h，年平均氣溫16.6 ℃，1 月平均氣溫6.1 ℃，7 月平均氣溫25.3 ℃，全年無(wú)霜期約307 d，年均降水量1 435.5 mm，氣候類型屬中亞熱帶濕潤(rùn)氣候.土壤類型為山地黃壤，呈強(qiáng)酸性，基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1.林下灌木層的優(yōu)勢(shì)種有寒莓（Rubus buergeri）、江南越桔（Vaccinium mandarinorum）、水竹（Phyllostachys heteroclada）、水同木（Ficus fistulosa）、馬甲菝葜（Smilax lanceifolia）、細(xì)齒葉柃（Eurya nitida）、矩葉鼠刺（Itea oblonga），草本植物主要有黑足鱗毛蕨（Dryopterisfuscipes）、樓梯草（Elatostema involucratum）和赤車（Pellionia radicans）、三葉崖爬藤（Tetrastigma hemsleyanum）、竹葉草（Oplismenus compositus）、十字薹草（Carex cruciata）、鐵芒萁（Dicranopteris linearis）、四川溝酸漿（Mimulus szechuanensis）、異藥花（Fordiophyton faberi）.

表1 氮添加前土壤的基本理化性質(zhì)（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Tab.1 Basic physical and chemical traits of the soils in the plots before N addition (mean ± SD,n=3)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)樣地位于洪雅縣國(guó)有林場(chǎng)八面山工區(qū)，選取11 a 和18 a 兩種林齡杉木人工林林地土壤作為研究對(duì)象，立地狀況和林木生長(zhǎng)狀況見(jiàn)表2.11 a 杉木林于2008 年?duì)I造，造林密度為2 500 株/hm2；18 a 杉木林于2001 年?duì)I造，造林密度為3 000 株/hm2.在造林初期（前3 年），經(jīng)營(yíng)單位進(jìn)行每年2 次的窩撫和每年1 次的施肥，之后未施肥.18 a 杉木林經(jīng)歷過(guò)1 次生長(zhǎng)伐和1 次透光伐.11 a杉木林林下灌木蓋度3%，草本植物蓋度10%；18 a 杉木林林下灌木蓋度15%，草本植物蓋度82%.每個(gè)林齡隨機(jī)布設(shè)9 塊樣地，樣地大小為20 m×20 m.參照洪雅縣的年均氮沉降量，即8.24～14.75 g/（m2·a），設(shè)置3 個(gè)氮添加水平：對(duì)照（CK），0 g/（m2·a）；低氮（LN），5 g/（m2·a）；高氮（HN），10 g/（m2·a）.使用NH4NO3作為氮源，將年氮添加量均分成12 份，從2019 年4 月起，每月中旬對(duì)各樣地進(jìn)行氮添加處理.施氮時(shí)，將各樣地所需的NH4NO3溶解于10 L水中，用背式噴霧器中在樣方中反復(fù)噴灑氮肥直至均勻，CK 樣地噴灑等量清水.

表2 立地概況和林木生長(zhǎng)狀況（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）Tab.2 The basic information of sites and growth conditions of the Cunninghamia lanceolata (mean ± SD,n=3)

1.3 取樣、處理與測(cè)定考慮土壤養(yǎng)分可能同時(shí)受到氮處理、林齡、季節(jié)及土層的影響，我們于2019 年8 月（代表生長(zhǎng)季）和11 月（代表非生長(zhǎng)季）分別取樣.對(duì)于每一處理的每一樣方，在樣方內(nèi)隨機(jī)選取5 個(gè)點(diǎn)，去除地表凋落物，使用土鉆分別采集0～20 cm 和20～40 cm 土層的土壤，將土樣充分混合均勻，挑出細(xì)根和石塊等雜物，裝入自封袋中，低溫保存帶回實(shí)驗(yàn)室.將采回的樣品分為2 份，一份儲(chǔ)存于4 ℃冰箱，用于硝態(tài)氮和銨態(tài)氮質(zhì)量比的測(cè)定.一份常溫陰涼處風(fēng)干用于土壤全碳、全氮和全磷質(zhì)量比的測(cè)定.采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定土壤銨態(tài)氮質(zhì)量比，采用用紫外分光光度法測(cè)定硝態(tài)氮質(zhì)量比[16].采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測(cè)定土壤總有機(jī)碳(soil organic carbon,SOC) 質(zhì)量比，采用凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮(total nitrogen,TN)質(zhì)量比，采用硫酸高氯酸消解-鉬銻抗比色法測(cè)定全磷(total phosphorus,TP)質(zhì)量比[17].土壤有效氮質(zhì)量比為硝態(tài)氮質(zhì)量比和銨態(tài)氮質(zhì)量比之和.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用三因素方差分析（threeway ANOVA）檢驗(yàn)氮添加、土層、季節(jié)及其交互作用對(duì)不同林齡林地土壤各指標(biāo)的影響顯著性（P＜0.05）.采用單因素方差分析（one-way ANOVA）檢驗(yàn)同一采樣時(shí)間同一林齡不同氮添加處理對(duì)參數(shù)影響的顯著性；對(duì)于具有顯著差異的參數(shù)，進(jìn)一步采用Tukey 法（P＜0.05）對(duì)處理間進(jìn)行多重比較；采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)的方法，檢驗(yàn)同一處理同一土層在不同季節(jié)間的差異顯著性（P＜0.05），檢驗(yàn)同一處理同一季節(jié)不同土層間差異的顯著性（P＜0.05）.使用SPSS 20.0 軟件對(duì)各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 氮添加對(duì)不同季節(jié)、不同層次土壤有效氮的影響由表3 所示，11 a 林中，氮添加、土層、季節(jié)極顯著影響了土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量比（P＜0.01），土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量比還受到氮添加×土層、氮添加×季節(jié)交互效應(yīng)的顯著影響（P＜0.05）.銨態(tài)氮質(zhì)量比受到季節(jié)的顯著影響（P＜0.05）.有效氮質(zhì)量比受到土層和季節(jié)的極顯著影響（P＜0.01），還受到氮添加的顯著影響（P＜0.05）.在生長(zhǎng)季，與CK 相比，LN 和HN 條件下，0～20 cm 土層的硝態(tài)氮質(zhì)量比分別增加35.9%和17.8%，在LN 條件下的增幅達(dá)顯著水平（P＜0.05）（圖1（a））.在非生長(zhǎng)季，LN 和HN 引起0～20 cm 土層的硝態(tài)氮質(zhì)量比顯著增加（P＜0.05），增幅分別為60.2%和63.8%；LN 和HN 引起20～40 cm 土層的硝態(tài)氮質(zhì)量比分別增加31.2%和59.4%.氮添加處理均未顯著影響兩個(gè)土層的銨態(tài)氮質(zhì)量比和有效氮質(zhì)量比（圖1（c）和（e））.

由表4 所示，18 a 林中，土層作為獨(dú)立因子極顯著影響了土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量比和有效氮質(zhì)量比（P＜0.01）.季節(jié)作為獨(dú)立因子極顯著影響了銨態(tài)氮質(zhì)量比和有效氮質(zhì)量比（P＜0.01），土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量比也受到季節(jié)的顯著影響（P＜0.05）.銨態(tài)氮質(zhì)量比還受到氮添加×季節(jié)交互效應(yīng)的顯著影響（P＜0.05）.不管是在生長(zhǎng)季還是在非生長(zhǎng)季，與CK 相比，LN 和HN 處理均沒(méi)有顯著影響兩個(gè)土層的硝態(tài)氮質(zhì)量比和速效氮質(zhì)量比（圖1（b）和（f））.在生長(zhǎng)季，與CK 相比，LN 處理顯著增加了0～20 cm土層的銨態(tài)氮質(zhì)量比（P＜0.05）（圖1（d））.

2.2 氮添加對(duì)不同季節(jié)、不同層次土壤碳、氮、磷質(zhì)量比的影響由表3 所示，11 a 林中，土壤總有機(jī)碳、全氮和全磷受到土層的極顯著影響（P＜0.01），全氮質(zhì)量比還受到氮添加的顯著影響（P＜0.05），以及氮添加×土層、土層×季節(jié)交互效應(yīng)的極顯著影響（P＜0.01）.全磷質(zhì)量比還受到季節(jié)及其與土層交互效應(yīng)的極顯著影響（P＜0.01）.在非生長(zhǎng)季，LN 和HN 引起0～20 cm 土層總有機(jī)碳質(zhì)量比的顯著增加（P＜0.05），增幅分別為20.0%和48.9%（圖2（a））.在非生長(zhǎng)季，與CK 相比，LN 和HN 處理均不同程度增加了0～20 cm 土層的全氮質(zhì)量比（圖2（c））.

表3 氮添加、土層、季節(jié)及其交互作用對(duì)11 a 杉木林土壤各指標(biāo)影響的顯著性檢驗(yàn)Tab.3 Statistical significance of the single and interactive effects of nitrogen addition,soil layer and season on all indexes of 0-20 cm soil layer of 11 years C.lanceolata plantations

由表4 所示，18 a 林中，土壤全氮質(zhì)量比受到土層的極顯著影響（P＜0.01）.全磷質(zhì)量比受到土層、季節(jié)的極顯著影響（P＜0.01），也受到氮添加、氮添加×土層、土層×季節(jié)交互效應(yīng)的顯著影響（P＜0.05）.不管是在生長(zhǎng)季還是在非生長(zhǎng)季，與CK 相比，LN 和HN 處理均未顯著影響兩個(gè)土層的總有機(jī)碳質(zhì)量比和全氮質(zhì)量比（圖2（b）和（d））.

表4 氮添加、土層、季節(jié)及其交互作用對(duì)18 a 杉木林土壤各指標(biāo)影響的顯著性檢驗(yàn)Tab.4 Statistical significance of the single and interactive effects of nitrogen addition,soil layer and season on all indexes of 20-40 cm soil layer of 18 years C.lanceolata plantations

對(duì)于兩個(gè)年齡的林分，不管是在生長(zhǎng)季還是在非生長(zhǎng)季，0～20 cm 土層的全磷質(zhì)量比均隨著氮添加量的增加而呈上升的趨勢(shì)（圖2（e）和（f））.18 a的林分，在非生長(zhǎng)季，HN 處理顯著增加了 0～20 cm土層的全磷質(zhì)量比（P＜0.05）.

圖2 氮添加條件下不同生長(zhǎng)季、不同土層杉木林土壤的總有機(jī)碳、全氮、全磷質(zhì)量比（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n=3）Fig.2 C,N,and P content in soils of C.lanceolata plantations in different growing seasons and soil layers under N addition (mean ±SD,n=3)

2.3 氮添加對(duì)不同季節(jié)、不同層次土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量比的影響由表3 所示，11 a 林中，土壤的w（碳）∶w（氮）受到土層的極顯著影響（P＜0.01）.w（碳）∶w（磷）和w（碳）∶w（磷）均受到土層×季節(jié)交互效應(yīng)的極顯著影響（P＜0.01）.在生長(zhǎng)季，與CK 相比，0～20 cm 土層的w（碳）∶w（氮）伴隨氮添加量的增加而降低，但在非生長(zhǎng)季卻表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)（圖3（a））.在兩個(gè)不同的季節(jié)，與CK相比，LN 和HN均未顯著影響兩個(gè)土層的w（碳）：w（磷）（圖3（c））.在生長(zhǎng)季，與CK 相比，LN 和HN一定程度增加了0～20 cm 土層的w（氮）：w（磷）.不管是在生長(zhǎng)季還是非生長(zhǎng)季，20～40 cm 土層的w（氮）∶w（磷）伴隨氮添加量的增加而表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)（圖3e）.

如表4 所示，18 a 林中，土壤的w(碳)∶w(氮)受到土層、季節(jié)及其交互效應(yīng)的極顯著影響（P＜0.01），也受到氮添加的顯著影響（P＜0.05）.w(碳)∶w(磷)和w(氮)∶w(磷)均受到季節(jié)的極顯著影響（P＜0.01），w(碳)∶w(磷)和w(氮)∶w(磷)還分別受到土層和土層×季節(jié)交互作用的顯著影響（P＜0.05）.在兩個(gè)不同的季節(jié)，與CK 相比，兩個(gè)土層的w(碳)∶w(氮)均伴隨氮添加量的增加表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)（圖3(b)）.在非生長(zhǎng)季，與CK 相比，LN 處理顯著增加了20～40 cm 土層的w(碳)∶w(磷)和w(氮)∶w(磷)（P＜0.05）（圖3 (d)和(f)）.

圖3 氮添加條件下不同生長(zhǎng)季、不同土層杉木林土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量比（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n=3）Fig.3 Stoichiometrical ratio of C,N,and P in soils of C.lanceolata plantations in different growing seasons and soil layers under N addition (mean ± SD,n=3)

3 討論

3.1 短期氮添加對(duì)杉木林土壤有效氮的影響硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是土壤中有效氮存在的主要形式，可供植物直接吸收、利用[18].本研究中，土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮對(duì)氮添加表現(xiàn)出不同的響應(yīng)模式，而各處理?xiàng)l件下總的速效氮質(zhì)量比沒(méi)有顯著的變化.與18 a 林分相比，11 a 林分土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比對(duì)氮添加的響應(yīng)更敏感（圖1），這可能與不同林分對(duì)硝態(tài)氮的吸收和利用強(qiáng)度存在差異有關(guān).本研究中，11 a 的杉木林林下植被的豐富度、多樣性和蓋度均遠(yuǎn)低于18 a 杉木林，11 a 杉木林林下植被對(duì)可利用氮素的消耗和利用更少，有利于土壤中硝態(tài)氮的積累[19].總體來(lái)看，短期氮添加沒(méi)有顯著影響20～40 cm 土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量比，說(shuō)明氮添加沒(méi)有直接影響深層土壤的速效氮養(yǎng)分，與向元彬等[20]的研究結(jié)果相似.有研究表明[21]，土壤中的有效氮是最易通過(guò)淋溶而從森林土壤中損失的元素.我們的研究區(qū)域位于華西雨屏區(qū)，年均降雨量高達(dá)1 435 mm，地表徑流量大，地表的硝態(tài)氮損失強(qiáng)烈且入滲量低，因此深層土壤的硝態(tài)氮質(zhì)量比受氮添加的影響較小.另一方面，與硝態(tài)氮的變化不同，土壤中銨態(tài)氮的質(zhì)量比并沒(méi)有隨著氮添加量的增加而增加.沈芳芳等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，超過(guò)10 a 林分的氮添加，6、12 g/（m2·a）的沉降水平均沒(méi)有顯著影響杉木林地土壤的銨態(tài)氮質(zhì)量比，但硝態(tài)氮質(zhì)量比卻成倍增加.Fang 等[23]發(fā)現(xiàn)，與銨態(tài)氮相比，3 a 林分的氮添加導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮的變化更顯著.王方超等[24]發(fā)現(xiàn)，4 a 林分的氮添加處理對(duì)杉木林地土壤的銨態(tài)氮影響不顯著.造成這些研究結(jié)果的主要原因可能是：樹(shù)木通常具有對(duì)銨態(tài)氮吸收和利用的偏好性[25]，外源的銨態(tài)氮很快被林木吸收和利用；其次，銨態(tài)氮的輸入導(dǎo)致土壤中硝化細(xì)菌群數(shù)量的增加，硝化作用增強(qiáng)，將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化成了硝態(tài)氮[24].

3.2 短期氮添加對(duì)杉木林土壤總有機(jī)碳質(zhì)量比和全氮、全磷質(zhì)量比的影響一些研究表明，氮沉降不但會(huì)改變土壤的有效氮水平，還會(huì)通過(guò)影響地上、地下凋落物量、凋落物化學(xué)組成、土壤生物群落和凋落物分解過(guò)程，進(jìn)而影響土壤碳庫(kù)、氮庫(kù)及其組成[26-28].氮添加不僅能增加缺氮生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力，還會(huì)增加地上和地下凋落物量.伴隨富氮凋落物的增加，土壤全氮和有機(jī)碳的來(lái)源增加，適量的氮輸入還會(huì)加速凋落物的分解[29-30]，導(dǎo)致土壤中碳、氮的輸入增加[11].土壤的氮損失（如氮的礦化和植物利用、N2O 排放和NO3-淋溶等）常常不能抵消氮輸入的增加[30]，引起土壤有機(jī)碳和全氮質(zhì)量比增加[31-33].本研究中，盡管未達(dá)顯著水平，短期的氮添加一定程度增加了表層土壤的總有機(jī)碳和全氮質(zhì)量比.同時(shí)，氮添加對(duì)18 a 杉木林土壤全氮質(zhì)量比的影響不顯著，可能與18 a 杉木林有更豐富的林下植被有關(guān)，生長(zhǎng)旺盛的林下植被能迅速利用無(wú)機(jī)氮，以此減輕氮添加對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響.類似的是，Sprent 等[34]也發(fā)現(xiàn)，對(duì)于具有濃密樹(shù)冠和生長(zhǎng)良好地被層的林地，氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小.另一方面，土壤磷素通常受土壤母質(zhì)風(fēng)化作用的影響，因淋溶作用強(qiáng)烈，亞熱帶森林土壤普遍缺磷[35].本研究發(fā)現(xiàn)，土壤全磷質(zhì)量比隨氮添加濃度的增加有上升的趨勢(shì).這可能是因?yàn)?，氮處理初期，土壤中可利用氮的增加刺激了微生物活性[36]，增加它們對(duì)磷元素的需求，提高了磷轉(zhuǎn)化酶（如酸性磷酸酶）的活性[11]，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)中磷的礦化作用，以維持氮、磷的平衡.需要指出的是，許多土壤養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)氮沉降的響應(yīng)可能具有滯后性，需要長(zhǎng)期的定位研究，進(jìn)一步探討氮沉降對(duì)土壤生態(tài)的影響機(jī)理.

3.3 短期氮添加對(duì)土壤碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量比的影響土壤w(碳)∶w(氮)是反映土壤養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo)，關(guān)系到土壤碳、氮的循環(huán)和養(yǎng)分供應(yīng).Prescott等[37]認(rèn)為，土壤凈礦化作用的w(碳)∶w(氮)閾值為25，高的w(碳)∶w(氮)有利于微生物對(duì)碳、氮的固持，低的w(碳)∶w(氮)則會(huì)增強(qiáng)土壤中微生物的活性，加快碳的礦化速度[38].土壤的w(碳):w(磷)則是衡量微生物礦化有機(jī)質(zhì)而釋放磷素或土壤固持磷素潛力的重要指標(biāo).本實(shí)驗(yàn)中，11 a 和18 a 杉木林w(碳)∶w(磷)均值分別為153.58 和107.24，均高于中國(guó)土壤w(碳)∶w(磷)的平均值(136)，表明兩個(gè)林分的土壤都缺磷[39].與18 a 相比，11 a 杉木林土壤w(碳)∶w(磷)更高，說(shuō)明其土壤磷的有效性更低.本研究中，氮添加對(duì)11 a 杉木林地的土壤w(碳)∶w(氮)和w(碳)∶w(磷)的效應(yīng)總體表現(xiàn)為初期降低后期增加，初期的降低與土壤的有效氮、磷質(zhì)量比的增加有關(guān)，w(碳)∶w(氮)和w(碳)∶w(磷)的初期降低會(huì)刺激微生物的活性[40]，促進(jìn)土壤中碳、氮、磷的礦化速率.對(duì)于18 a 林分，不管是生長(zhǎng)季還是非生長(zhǎng)季，林地土壤的w(碳)∶w(氮)和w(碳)∶w(磷)均隨氮添加量的增加而增加，有利于碳、氮、磷的固持.其原因在于，氮添加會(huì)抑制土壤酶活性（如錳過(guò)氧化物酶和漆酶）并影響凋落物難分解組分的分解[41]，常常會(huì)促進(jìn)碳的累積.

土壤的w(氮)∶w(磷)是土壤是否達(dá)到氮飽和的判斷性指標(biāo)，可指示土壤養(yǎng)分的限制狀況.本研究中，兩個(gè)林齡土壤w(氮)∶w(磷)值均遠(yuǎn)高于中國(guó)土壤平均值（5.2）[38]，生態(tài)系統(tǒng)主要受到磷的限制.本實(shí)驗(yàn)的研究區(qū)位于四川盆地西部多雨地帶，位于氮沉降較為嚴(yán)重的華西雨屏區(qū)[38]，隨著大氣氮沉降的持續(xù)，土壤氮、磷的不平衡可能會(huì)繼續(xù)加重[42]，不利于林木的生長(zhǎng)發(fā)育.潘宗濤[43]發(fā)現(xiàn)，氮添加會(huì)提高土壤中w(氮)∶w(磷)，導(dǎo)致土壤氮、磷的失調(diào).本研究中，短期氮添加并沒(méi)有顯著影響兩個(gè)林齡林地土壤的w(氮)∶w(磷)，土壤w(氮)∶w(磷)表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，原因在于氮添加條件下土壤中全氮和全磷的變化趨勢(shì)相似.郭虎波等[44]的研究也發(fā)現(xiàn)，對(duì)杉木人工林進(jìn)行了近8a 的氮添加處理，6 和12 g/（m2·a）的氮添加處理均沒(méi)有顯著影響各土壤層的w(氮)∶w(磷).

4 結(jié)論

短期氮添加后，11 a 杉木林地土壤硝態(tài)氮質(zhì)量比顯著提高.與銨態(tài)氮相比，氮添加對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響更明顯.短期氮添加有利于增加兩個(gè)林齡林地土壤的總有機(jī)碳、全氮和全磷質(zhì)量比，與20～40 cm土壤相比，氮添加對(duì)表層土壤（0～20 cm）總有機(jī)碳、全氮和全磷質(zhì)量比的影響更明顯.氮添加條件下，11 a 杉木林地土壤w(碳)∶w(氮)和w(碳)∶w(磷)總體表現(xiàn)為初期降低、后期增加，表明氮添加初期可能會(huì)促進(jìn)土壤碳、氮、磷的礦化；18 a 杉木林地土壤的w(碳)∶w(氮)和w(碳)∶w(磷)持續(xù)表現(xiàn)為隨氮添加量的增加而增加，有利于碳、氮、磷的固持；氮添加并沒(méi)有顯著影響兩種林齡林地土壤的w(氮)∶w(磷).總體來(lái)看，與18 a 杉木林相比，氮添加對(duì)11 a 生杉木林地土壤中速效氮的影響更顯著，但對(duì)兩種林齡杉木林地土壤的碳、氮、磷化學(xué)計(jì)量比的影響趨勢(shì)并不一致.