模擬氮沉降對華北落葉松人工林土壤氮含量的短期影響

胡芳，徐美麗，劉婷

（山西農業大學信息學院，山西太谷030800）

模擬氮沉降對華北落葉松人工林土壤氮含量的短期影響

胡芳，徐美麗，劉婷

（山西農業大學信息學院，山西太谷030800）

為研究氮沉降對土壤氮含量的影響，以關帝山華北落葉松人工林為研究對象，分別設置濃度為0（CK），80（LN），150 kg/hm2（HN）3個施氮水平進行短期氮輸入試驗。結果表明，在氮輸入影響下，顯著增加了華北落葉松林下0～10，10～20 cm土壤層中NH4+-N，NO3--N的含量，尤其對0～10 cm土壤的影響更明顯，且在整個生長季內月份間的變化較大；各樣方林下0～10，10～20 cm土壤全氮含量在各處理間沒有顯著差異，但是仍有一定的增長趨勢。

氮沉降；華北落葉松人工林；土壤氮含量；短期影響

陸地生態系統中森林是重要的組成部分，而森林土壤中的總氮量占森林生態系統的85%[1]，同時隨著氮沉降的不斷加劇，對森林植被、森林土壤及其屬性產生了嚴重的影響。因此，開展模擬氮沉降試驗，對研究森林生態系統的影響有重要意義。有研究顯示，氮沉降的增加可以提高森林生態系統的生產力和木材產量[2]，并可顯著提高森林生物量[3]，短期氮輸入也會增加土壤中的NH4+-N，NO3--N的含量，不僅在氮輸入當年是有效的，而且效果還可以持續到林冠郁閉前[4]。但也有研究表明，大氣氮沉降數量的急劇增加將嚴重影響到陸地和水生生態系統的生產力和穩定性[5-6]以及長期進行氮添加易造成土壤酸化板結[7]，引起土壤化學性質和物理性質的變化。

本研究通過模擬氮沉降，探討氮沉降對土壤氮含量的影響，以期為進一步研究大氣氮沉降的生態效應及森林生態經營管理提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

本研究區為山西省呂梁中部龐泉溝自然保護區（東經111°30′～111°40′E，北緯37°28′～37°35′N，海拔1 300～2 196 m），屬溫帶大陸性山地氣候，年平均氣溫達8.85℃，年均降水量550 mm，降水集中在6—8月，占全年降水總量的60%。該地區自然植被豐富，森林覆蓋率88%，有草本植物細針苔草、瓣蕊唐松草、艾蒿、紫斑風鈴草、二葉兜被蘭、地榆等；灌木樹種胡枝子、沙棘、蒙古莢蒾、忍冬、高山繡線菊、山刺玫、毛榛、美薔薇、衛矛等；喬木樹種華北落葉松、遼東櫟、山楊、側柏、白樺、油松等。

1.2 試驗設計

以關帝山林區龍興林場的五一溝為研究對象，分別設置6塊面積為30 m×30 m的試驗標準地，設置對照（CK，0 kg/hm2）、低氮（LN，80 kg/hm2）、高氮（HN，150 kg/hm2）3個處理，2次重復。2016年華北落葉松生長期（5—9月）內，將設定的NH4NO3施用量平均分成5份，均勻地撒施在樣地的每一個角落，按月施用。試驗開始前樣地林分特征及土壤屬性背景值列于表1。

表1 各樣地林分特征及土壤屬性背景值

1.3 樣品采集及測定

在2016年5—10月期間，每月月初在每個樣方內移除凋落物后隨機5點取樣對0～10，10～20 cm土壤分層采集。采樣后將植物殘根及石子等雜物剔除，放入自封袋中帶回實驗室，保存于4℃冰箱中備用。土壤全氮、銨態氮、硝態氮分別采用半微量凱氏法，靛酚藍比色法，酚二磺酸比色法進行測定。

1.4 數據處理

本研究各處理獲得的土壤養分數據采用Excel 2003和SPSS 17.0數據處理軟件進行分析整理，對各月份土壤中NH4+，NO3-，TN含量分別進行各處理間的差異顯著性分析（顯著性水平為0.05）。

2 結果與分析

2.1 氮沉降對0～10 cm土壤銨態氮、硝態氮、全氮含量的影響

由圖1可知，3種不同氮處理下，0～10 cm土壤銨態氮含量、硝態氮含量、全氮含量在不同月份間差異顯著，土壤全氮含量差異不顯著。0～10 cm土壤銨態氮含量在8月明顯高于其他月份，同時在8月受施氮處理影響顯著。0～10 cm土壤硝態氮的含量在7月明顯低于其他月份，而8月硝態氮的含量達到峰值，同時在8，9，10月各處理間差異影響顯著，低氮處理是對照的2倍左右。0～10 cm土壤全氮含量的月際間差異不顯著，但仍有一定增長趨勢。

2.2 氮沉降對10～20 cm土壤銨態氮、硝態氮、全氮含量的影響

從圖2可以看出，10～20 cm土壤銨態氮含量在8月受施氮處理影響顯著，并且呈現單峰模式。10～20 cm土壤硝態氮的含量在7月明顯低于其他月份，隨著月份的推移硝態氮含量逐漸降低，同時在6，8，9，10月各處理間影響差異顯著。10～20 cm土壤全氮含量的月際間差異不顯著，僅在8月各處理間差異影響顯著。

3 結論與討論

本試驗結果表明，各處理樣地在3個氮添加處理水平下，銨態氮和硝態氮含量均呈增長趨勢，提高了土壤礦質氮的供應能力[8-9]，增加了有效氮[10]。這可能是由于中、高緯度森林處于氮限制狀態[11]，氮輸入量的增加會使土壤氮礦化速率在土壤氮飽和前也增加[12]，此時氮輸入具有施肥作用[13]。此外，NO3-的增長率較高，這與方運霆等[14]短期施氮會顯著增加森林土層的硝態氮含量相符，而在7月較低，這可能與氮礦化速率一般隨土壤水分含量減少而降低有關[15]，另外也可能降水過多，鹽基陽離子淋失[16]，硝態氮因淋溶而損失[17-18]。

本試驗中各處理對土壤全氮并沒有顯著影響，這與油松天然林施氮研究結果一致[19]。土壤全氮中有機氮含量能達到90%以上，同時又是土壤礦化作用的主要對象，這可能是試驗期間有較好的土壤溫濕條件，從而促進了土壤氮礦化作用，使得土壤有機態氮轉化為無機態氮而被植物所利用[20]，也可能是由于氮素的“盈虧”要看氮硝化作用、反硝化作用以及淋溶作用的綜合結果，這對土壤氮素含量具有重要意義[21]。

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Short Term Effects of Simulated Nitrogen Deposition on Soil Nitrogen Content in Larix Principis-rupprechtii Plantation

HUFang，XUMeili，LIUTing
（College ofInformation，Shanxi Agricultural University，Taigu 030800，China）

Tostudythe effect ofnitrogen deposition on soil nitrogen content,taking Guan Mountain in the northern part ofthe larch plantation forest as the object,the paper sets up the contrast（CK,0 kg/hm2）,lownitrogen（LN,80 kg/hm2）,high nitrogen（HN,150 kg/hm2）three nitrogen levels on short-term nitrogen input experiment.The results showed that after the whole growing season of short-term nitrogen treatment,the NH4+-N,NO3--N concentration were significantly increased in 0-10,10-20 cm two layers soil,especially for surface（0-10 cm）the influence ofthe soil was more noticeable,and the large variation between month throughout the growingseason.TN concentration was nosignificant difference in 0-10,10-20 cmsoils,but there was still some growth trend.

nitrogen deposition;larixprincipis-rupprechtii plantation;soil nitrogen content;short termeffect

S714.5

A

1002-2481（2017）04-0596-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.04.26

2016-11-17

胡芳（1983-），女，山西太原人，助教，主要從事森林生態學的教學及研究工作。