氮沉降對(duì)土壤養(yǎng)分影響研究綜述

劉佳婷，廖迎春，謝 越，施星星

(南昌工程學(xué)院 江西省退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與流域生態(tài)水文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330099)

大氣氮沉降是近幾十年全球變化的研究焦點(diǎn)之一。氮素在自然界中的存在形式有兩種：非活性氮和活性氮。活性氮是反應(yīng)性氮，自然過(guò)程中通過(guò)閃電和生物固氮作用轉(zhuǎn)化成含氮化合物，然后通過(guò)沉降或是直接被植物吸收等方式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)[1]。隨著工業(yè)化的發(fā)展，人類活動(dòng)如化石燃料燃燒、生物肥料使用和畜牧業(yè)的快速發(fā)展等向大氣排放了大量的活性氮化合物，大大增加了大氣氮沉降中的氮素含量，從而影響到自然界中的氮循環(huán)過(guò)程及陸地生態(tài)系統(tǒng)[1-2]，同時(shí)也在一定程度上影響著人類的生活環(huán)境。土壤是人類和動(dòng)植物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤養(yǎng)分是植物生長(zhǎng)所必需的能直接或間接被植物根系吸收利用的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分，氮沉降的增加對(duì)土壤養(yǎng)分也造成了一系列的影響。筆者主要從土壤養(yǎng)分的角度，分析土壤中碳、氮、磷含量及土壤養(yǎng)分有效性、土壤鹽基離子含量對(duì)氮沉降的響應(yīng)，綜述氮沉降對(duì)土壤養(yǎng)分的影響。

1 氮沉降對(duì)土壤碳、氮、磷的影響

土壤有機(jī)碳庫(kù)是土壤肥力和環(huán)境質(zhì)量的重要特征[3]，也是陸地碳庫(kù)的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，土壤有機(jī)碳庫(kù)含量是大氣碳庫(kù)的3倍之多[4]。齊玉春等[3]關(guān)于溫帶典型草原土壤總有機(jī)碳及溶解性有機(jī)碳對(duì)模擬氮沉降響應(yīng)的研究表明，施氮4年不同施氮量處理對(duì)土壤表層總有機(jī)碳含量與溶解性有機(jī)碳含量均沒(méi)有顯著影響，在試驗(yàn)的后兩年外源氮的增加對(duì)土壤總有機(jī)碳含量呈現(xiàn)出一定的促進(jìn)作用(與對(duì)照差異不顯著)，而這種現(xiàn)象在施氮處理的前兩年并未發(fā)生。這與SILVEIRA et al.[5]研究發(fā)現(xiàn)外源氮的增加在短期內(nèi)對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)土壤總有機(jī)碳含量沒(méi)有影響的結(jié)論一致。在關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳對(duì)氮沉降響應(yīng)研究方面，樊后保等[6]發(fā)現(xiàn)隨著施氮水平的增加，土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。而HUANG Zhiqun et al.[7]和劉建才[8]關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳的研究則顯示外源氮的增加使土壤有機(jī)碳含量增加，且沉降的氮更容易被碳氮比相對(duì)較低的生態(tài)系統(tǒng)所固定[7]。蘇兵強(qiáng)[9]在關(guān)于杉木人工林土壤養(yǎng)分的研究中發(fā)現(xiàn)低氮處理促進(jìn)土壤碳含量的增加，高氮處理則起抑制作用。因此，關(guān)于氮沉降對(duì)土壤碳的吸收究竟是起促進(jìn)作用還是阻礙作用仍存在很大的爭(zhēng)議[10]。

氮和磷是限制植物生長(zhǎng)的主要因子。在植物組織中，氮磷比低于14∶1表示氮限制，而高于16∶1則表示磷限制，且氮的飽和會(huì)降低植物組織對(duì)磷等其他營(yíng)養(yǎng)成分的獲取和利用[11]。周紀(jì)東等[12]在對(duì)內(nèi)蒙古溫帶草原土壤的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著施氮強(qiáng)度的增加，土壤中全氮的含量基本保持不變，而土壤中全磷的含量逐漸減少。劉建才[8]在對(duì)典型闊葉紅松林土壤的研究中也發(fā)現(xiàn)，模擬氮沉降處理兩年時(shí)氮沉降在總體上對(duì)土壤全氮含量沒(méi)有顯著影響。然而，也有研究表明，氮沉降的增加能直接增加土壤全氮的含量[13]，土壤中全磷含量隨著氮沉降量的增加而減少。這可能是由于氮沉降的增加提高了土壤磷的有效性，促進(jìn)了植物對(duì)磷的吸收，從而減少了土壤全磷的含量[14]。

2 氮沉降對(duì)土壤養(yǎng)分有效性的影響

土壤養(yǎng)分有效性是影響植物生長(zhǎng)狀況的重要因素。氮、磷、鉀是土壤養(yǎng)分的重要組成部分，有效磷、有效鉀和有效氮在一定程度上反映了土壤養(yǎng)分的有效性。齊玉春等[3]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效氮含量隨著施氮強(qiáng)度的增加而增加，并且這種影響在土壤表層尤為顯著。同時(shí)，氮沉降顯著增加了土壤有效磷含量，且隨著氮沉降量的增加有效磷含量也增加[3,13]。劉建才[8]在關(guān)于典型闊葉林土壤的研究中則發(fā)現(xiàn)，施氮濃度處于低等或中等水平時(shí)，施氮處理能顯著增加土壤有效磷含量，而高濃度施氮會(huì)導(dǎo)致土壤有效磷含量降低；并且隨著氮沉降量的增加，土壤總有效磷和有效鉀含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[15-17]。其原因可能是氮沉降的增加提高了土壤磷酸酶活性，增加了土壤磷的有效性，促進(jìn)了植物對(duì)磷的吸收從而使土壤中有效磷含量降低[17]。然而也有研究表明，模擬氮沉降對(duì)闊葉林、混交林、人工幼林和馬尾松林土壤有效磷和有效鉀的含量影響并不顯著[18]。

3 氮沉降對(duì)土壤鹽基離子的影響

土壤鹽基離子是反映土壤肥力的重要指標(biāo)，能使土壤向堿性一側(cè)移動(dòng)，在緩和土壤酸化和調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分方面發(fā)揮著重要作用。土壤鹽基離子主要以Ca2+和Mg2+為主，所占比例平均為71.6%和22.9%，K+和Na+所占比例較低，僅為3.3%和2.2%[19]。

在土壤鹽基離子中，K+是一種容易淋失的鹽基離子。許多研究表明，氮沉降量的增加會(huì)使土壤中K+的含量降低[16-17]。同時(shí)，Ca2+、Mg2+和Na+含量也隨著氮沉降水平的增加呈下降趨勢(shì)。也有研究發(fā)現(xiàn)，低濃度氮處理會(huì)使土壤中交換性K+、Na+、Ca2+、Mg2+含量增加，而高濃度氮處理則起抑制作用，使這4種鹽基離子含量減少[20]。總體來(lái)說(shuō)，隨著氮沉降量的增加，土壤鹽基離子呈先增加后降低趨勢(shì)[20]。這可能是由于氮沉降增加了土壤活性氮的含量，促進(jìn)了土壤酸化，進(jìn)而導(dǎo)致了土壤中鹽基離子的淋失，使土壤中鹽基離子含量降低[19-20]。而在關(guān)于森林土壤的相關(guān)研究中，李秋玲等[18]發(fā)現(xiàn)外源性氮輸入對(duì)土壤中鹽基離子Ca2+、Mg2+和K+含量的影響并不顯著，對(duì)Na+含量的影響則比較明顯，即氮沉降使得土壤中鹽基離子Na+含量明顯下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，中國(guó)已經(jīng)成為繼美國(guó)和歐洲之后的全球第三大氮沉降區(qū)，大氣氮沉降所帶來(lái)的養(yǎng)分已經(jīng)成為中國(guó)農(nóng)田和自然生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分資源，相當(dāng)于每年氮肥使用量的60%[21]。因此，了解土壤養(yǎng)分對(duì)氮沉降的響應(yīng)機(jī)制，可以充分利用氮沉降所帶來(lái)的養(yǎng)分，避免或減輕其負(fù)面的影響，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)中國(guó)農(nóng)田及自然生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。