韓艷英 劉云龍 葉彥輝 杜佳豪

(西藏農(nóng)牧學(xué)院，林芝，860000 )

模擬氮沉降對(duì)西藏高山櫟林地土壤理化性質(zhì)的影響1)

韓艷英 劉云龍 葉彥輝 杜佳豪

(西藏農(nóng)牧學(xué)院，林芝，860000 )

以西藏林芝縣布久鄉(xiāng)朱曲登村高山櫟林地為研究對(duì)象，于2014年7月份到2015年8月份原位模擬氮沉降(CK(對(duì)照)、LN低氮(25 kg·hm-2·a-1)、MN中氮(50 kg·hm-2·a-1)、HN高氮(150 kg·hm-2·a-1)，探討不同程度的氮沉降量對(duì)林地土壤養(yǎng)分和土壤可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。結(jié)果表明：不同程度模擬氮沉降對(duì)林地有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K、交換性Ca、交換性Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH值以及可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)都有顯著影響(P<0.05)。隨著模擬氮沉降增加，0～20 cm林地土壤的交換性Mg和可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)受到抑制；全K質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH值升高；有機(jī)質(zhì)、全N和速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)在低氮處理下升高，在中高氮處理下降低；全P、速效N和速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)則在LN和HN處理下升高，在MN處理下降低；而交換性Ca質(zhì)量分?jǐn)?shù)在中高氮處理下升高后又在高氮處理下降低。

氮沉降；西藏林芝；高山櫟林地；土壤理化性質(zhì)

在過去幾十年中，化石燃料燃燒、化肥生產(chǎn)和使用及畜牧業(yè)集約化經(jīng)營等人類活動(dòng)向大氣排放了大量的氮化物，導(dǎo)致氮化物在大氣中聚集并向陸地和水域生態(tài)系統(tǒng)沉降[1]，林地土壤每年所接受的大氣氮沉降量無法忽略。森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的組成部分，也一直是人們研究的重點(diǎn)和熱門[2]，所以對(duì)于氮沉降給林地帶來諸多影響的探究顯得尤為重要。

諸多研究表明，氮沉降對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)具有一定的影響，它不僅改變了森林樹木的生理狀態(tài)，還造成了土壤養(yǎng)分的變化[3-5]。國內(nèi)外對(duì)于氮沉降是否對(duì)森林土壤養(yǎng)分產(chǎn)生影響和對(duì)土壤中各養(yǎng)分的影響如何目前還沒有統(tǒng)一的結(jié)論。有的研究表明，模擬氮沉降會(huì)影響到土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)[6-8]，也有的研究結(jié)果表明，模擬氮沉降對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不大[9-12]。同樣，氮沉降對(duì)土壤有機(jī)碳庫不同組分的影響研究也尚無定論[9]。近20年來，中國的氮沉降問題愈加嚴(yán)重，尤其東部地區(qū)存在著高氮沉降問題，有關(guān)氮沉降對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)土壤可溶性有機(jī)碳影響的研究已經(jīng)刻不容緩[13]。國外對(duì)于氮沉降的研究已有很長時(shí)間，而國內(nèi)對(duì)氮沉降的研究與國外還有一定的差距，而國內(nèi)在這兩個(gè)方面上對(duì)于西藏的研究也尚處于起步階段，探究結(jié)果之路任重而道遠(yuǎn)。

西藏自治區(qū)有著獨(dú)特的自然生態(tài)和地理環(huán)境，既是南亞、東南亞地區(qū)的“江河源”和“生態(tài)源”，也是中國乃至東半球氣候的“啟動(dòng)器”和“調(diào)節(jié)區(qū)”，其高山濕地在世界上獨(dú)一無二[14]，西藏林地條件豐富，森林結(jié)構(gòu)多樣，生物多樣性較高，是探究氮沉降對(duì)土壤養(yǎng)分和可溶性有機(jī)碳影響的比較良好的實(shí)驗(yàn)區(qū)。本研究通過在西藏林芝高山櫟林地系統(tǒng)進(jìn)行1年的短期氮沉降模擬試驗(yàn)，研究土壤養(yǎng)分和土壤可溶性有機(jī)碳對(duì)氮沉降增加的響應(yīng)，以探究氮沉降對(duì)林地土壤存在的影響，為更好地了解大氣氮沉降對(duì)西藏乃至全國和世界的林地土壤養(yǎng)分和土壤可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況

林芝縣地處青藏高原念青唐古拉山東南麓，雅魯藏布江與尼洋河在此相匯，地處北緯29°21′～30°15′、東經(jīng)93°27′～95°17′，東鄰墨脫縣，南接米林縣，西部和西北部與工布江達(dá)縣交界，北部和東北部與波密縣相通。東西長177.2 km，南北寬98.6 km。林芝縣境南部為岡底斯山余脈，北部屬念青唐古拉山支脈高山地段。平均海拔3 000 m，屬溫帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫8.5 ℃(最冷1月份，平均氣溫為-2 ℃；最熱7月份，平均氣溫20 ℃)，無霜期175 d左右，年日照時(shí)間2 022 h，年平均降水量654 mm，主要集中在5—9月份，占全年降水量的90%左右。研究區(qū)植物為高山櫟林地，主要有川滇高山櫟(QuercusaquifolioidesRehd. et Wils.)、三顆針(Berberisjulianae)、薔薇(Rosamultiflora)、小葉栒子(cotoneastermicrophyllus)、夏枯草(PrunellavulgarisLinn.)、紫羊茅(Festucarubra)、委陵菜(PotentillasaundersianaRoyle)、平車前(PlantagodepressaWilld.)、狗娃花(Heteropappushispidus)等。

2 研究方法

2.1 模擬氮沉降法

試驗(yàn)樣地選在林芝縣布久鄉(xiāng)朱曲登村(29°28′18.8′N，94°22′41.6″E)中山西北坡，平均坡度8°，高山櫟平均高6.5 m，平均胸徑23.5 cm，平均樹齡30 a，林分郁閉度0.6，土壤以山地棕壤為主，樣地四周用網(wǎng)圍欄做保護(hù)，防止人類及動(dòng)物破壞。2014年在同一海拔(2 999～3 005 m)高山櫟林地設(shè)置12個(gè)5 m×5 m樣地，每個(gè)樣地保留10 m間隔，以防止相互干擾。不同施氮量的樣方處在相同坡位，為了便于更清楚地揭示氮添加的影響，參照國際上通用的施氮量成倍增加的慣例[15]，分別設(shè)置對(duì)照(CK)、低氮(LN,25 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,50 kg·hm-2·a-1)、高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1)4種處理，每種處理3次重復(fù)。于2014年7月份開始進(jìn)行模擬氮沉降試驗(yàn)，每月月初按照處理要求，將NH4NO3溶解于水中，均勻噴施于樣地內(nèi)，對(duì)照樣地噴施同樣量的水，以減少因外加的水而造成對(duì)林木生物地球化學(xué)循環(huán)的影響。

2.2 樣品采集與測定

2015年8月份采集土壤，采用土鉆法進(jìn)行取樣，在樣地內(nèi)沿對(duì)角線隨機(jī)取樣，清除凋落物層，隨機(jī)取5鉆0～20 cm土壤均勻混成一個(gè)樣品(由于高山櫟林地土壤土層較薄，因此只取0～20 cm土壤)。帶回實(shí)驗(yàn)室分析，迅速挑出細(xì)根和碎石，自然風(fēng)干，測定土壤養(yǎng)分。

2.3 養(yǎng)分和可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定

2.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010和SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 模擬氮沉降對(duì)有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

土壤層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)因不同氮沉降水平而異(表1)。模擬氮沉降1 a后有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在LN處理下升高，比CK升高了43.66%，在MN和HN處理下降低，分別比CK降低了50.21%和2.88%。

3.2 模擬氮沉降對(duì)N元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

氮沉降對(duì)土深0～20 cm全N、速效N質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響顯著(表1)。與CK相比，全N質(zhì)量分?jǐn)?shù)在LN處理下升高，比CK升高了46.64%，在HN和MN處理下依次降低，分別比CK降低了4.80%和49.14%；速效N質(zhì)量分?jǐn)?shù)在LN和HN處理下依次升高，分別比CK升高了61.49%和83.94%，MN處理下降低，比CK降低了8.41%。

3.3 模擬氮沉降對(duì)P元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

氮沉降對(duì)土深0～20 cm全P和速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響顯著(表1)。隨模擬氮沉降的加深，全P和速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在LN和HN處理下升高，全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比CK升高了68.51%、6.20%，速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別比CK升高了160.58%、14.11%，在MN處理下降低，兩種養(yǎng)分的響應(yīng)相同，全P質(zhì)量分?jǐn)?shù)比CK降低了29.59%，速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)比CK降低了23.16%。

3.4 模擬氮沉降對(duì)K元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

氮沉降對(duì)土深0～20 cm全K、速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響顯著(表1)。各處理下全K質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于CK的，經(jīng)LN、MN、HN處理的分別比CK高出了26.44%、7.21%、9.18%，經(jīng)MN與HN處理的全K質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間差異不顯著；經(jīng)各處理的速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別與CK之間差異都達(dá)到了顯著水平。速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)則在LN處理下升高，比CK高了16.96%，HN和MN處理下的依次降低，分別比CK低了4.54%和24.34%。

3.5 模擬氮沉降對(duì)交換性鈣、鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

氮沉降對(duì)土深0～20 cm交換性鈣和交換性鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響顯著(表1)。隨模擬氮沉降程度的加深，交換性鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在LN和MN處理下降低，分別比CK降低了63.14%和76.29%，在HN處理下升高，比CK高了59.05%；交換性鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則呈現(xiàn)了對(duì)氮沉降的負(fù)響應(yīng)，經(jīng)HN、LN、MN處理的分別比CK低了26.3%、36.39%、62.1%。

3.6 模擬氮沉降對(duì)pH值的影響

氮沉降對(duì)0～20 cm土壤pH值有顯著影響(表1)。各處理中，經(jīng)HN處理的與對(duì)照之間有顯著差異，但CK、LN、MN三種處理之間差異不顯著。模擬氮沉降1 a后，pH值在氮沉降處理下升高(經(jīng)HN處理的大于CK的)。出現(xiàn)HN處理結(jié)果可能是因?yàn)閜H值受多種因素影響，而施加過量氮后引起土壤某些物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不正常變化，進(jìn)而使得pH值有所升高。

3.7 模擬氮沉降對(duì)可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

氮沉降對(duì)0～20 cm土壤可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著影響(表1)。經(jīng)LN、MN、HN處理的顯著低于CK，分別比CK低了63.56%、67.94%、63.31%，但經(jīng)LN、MN、HN處理的之間差異不顯著。

表1 不同氮沉降水平對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

處理速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·kg-1可溶性有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·kg-1pH值交換性Ca質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·kg-1交換性Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·kg-1CK(240．02±0．725)b(243．54±0．041)a(4．57±0．041)b(2526．15±7．139)b(441．42±3．819)aLN(280．73±2．110)a(88．74±2．496)b(4．00±0．141)b(931．22±2．739)c(280．79±0．003)cMN(181．60±0．228)d(78．09±0．027)b(4．30±0．061)b(598．83±4．509)d(167．30±0．263)dHN(229．11±1．083)c(89．36±4．330)b(5．30±0．020)a(4017．94±3．142)a(325．32±1．845)b

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示在P<0.05時(shí)差異達(dá)顯著水平。

4 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，模擬氮沉降使林地0～20 cm土壤可溶性有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比對(duì)照有顯著下降，原因可能是，一方面氮沉降對(duì)土壤中的有機(jī)質(zhì)的溶出作用，另一方面，有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體在酸性作用下被分解破壞而流失。這與樊后保等[7]在福建的研究結(jié)果相一致，但與魏春蘭等[13]的研究結(jié)果不一致，到目前為止，關(guān)于氮沉降對(duì)DOC的影響沒有定論[16]，主要原因可能是一方面土壤DOC的提取方法不同，所得結(jié)果對(duì)比性不強(qiáng)，另外，土壤DOC的釋放、分解與土壤自身的物理化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，單一因子的研究對(duì)結(jié)果造成不確定性。

模擬氮沉降對(duì)高山櫟林地0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)、N、P、K質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著影響，且各處理與對(duì)照之間差異達(dá)到了顯著水平。隨氮沉降程度的加深，表現(xiàn)出在低氮和高氮處理下，分別比對(duì)照有所增加，而在中氮水平下分別比對(duì)照降低。原因可能是高山櫟森林生態(tài)系統(tǒng)一定程度上受N限制影響，外加氮處理對(duì)森林凋落物分解有一定影響，使得氮沉降對(duì)表層土壤養(yǎng)分影響增加。但在高氮水平下相對(duì)于對(duì)照增加程度較小，主要原因是森林生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到氮飽和后，將抑制掉落物分解，土壤養(yǎng)分不再變化。這一結(jié)果與張莉等[17]和樊后保等[7]的研究相一致。朱仕明等[18]、涂利華等[8]、黃軍等[19]的研究表明，N沉降顯著增加了土壤N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，裴廣廷等[12]研究表明，N沉降顯著增加了土壤P質(zhì)量分?jǐn)?shù)。然而李琛琛等[20]和劉建才[21]發(fā)現(xiàn)氮沉降對(duì)土壤中N元素影響不顯著。交換性鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出了在LN處理下降低、在MN和HN處理下升高的響應(yīng)，影響機(jī)理可能是，氮沉降的施加，導(dǎo)致基巖的風(fēng)化，隨著植物對(duì)水分的吸收進(jìn)入上層土壤，從而提高了全Ca質(zhì)量分?jǐn)?shù)。交換性鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)則明顯受到氮沉降抑制。造成這種情況的機(jī)理可能是在土壤膠體中的Mg被其他離子吸附。研究結(jié)果與袁穎紅等[22]和樊后保等[23]相一致，但與王強(qiáng)等[24]的相反。生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)的改變程度和方向往往取決于多種因素，例如，物種組成、林齡、土壤類型、氣候、地形和外加氮源的組成與施加的頻率等，因此，目前研究結(jié)果出現(xiàn)不一致性。

本研究在西藏開展了1 a的氮沉降的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)有研究有相同的地方，也有不同的地方，建議未來的研究集中于長期試驗(yàn)資料與在受到和未受到影響的地方進(jìn)行野外觀測的比較，根據(jù)不同地區(qū)的氮沉降量進(jìn)行氮增加試驗(yàn)，可以更精確地反映未來大氣氮沉降的速度，通過對(duì)所選定的生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)狀況的探測，反映不同地區(qū)調(diào)控因子的變化梯度。

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EffectsofSimulatedNitrogenDepositiononSoilPhysicochemicalPropertyofQuercusForestinTibet//

Han Yanying, Liu Yunlong, Ye Yanhui, Du Jiahao
(Xizang Agriculture and Animal Husbandry College, Linzhi 860000, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(9)：73-76.

Nitrogen deposition; Linzhi Tibet;Quercusforest; Soil physicochemical property

S151

1)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31360119，31460112)、西藏農(nóng)牧學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(2014，2015)、卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計(jì)劃改革試點(diǎn)項(xiàng)目-林學(xué)(2014)。

韓艷英，女，1978年4月生，西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，副教授。E-mail:hanyanying3554@126.com。

，葉彥輝，西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，副教授；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，博士研究生。E-mail:yeyanhui3554@126.com。

2017年4月17日。

責(zé)任編輯：任 俐。

To investigate the effects of different degrees of nitrogen deposition on soil nutrient and soil soluble organic carbon content, a field experiment was conducted in Zhuqudeng Village Bujiu Linzhi County TibetQuercusforest, fom July 2014 to August 2015 of simulated nitrogen depositioninsitu(CK, 0, 25, 50, and 150 kg·hm-2·a-1). The effects of nitrogen deposition on the organic matter, total N, total P, total K, available N, available P, available K, exchangeable Ca, exchangeable Mg and pH value and soluble (P<0.05). With the increase of simulated nitrogen deposition, the exchangeable Mg and soluble organic carbon fractions of 0-20 cm soil were inhibited, and the total K content and pH value were increased. The contents of organic matter, total N and available K were increased under low nitrogen treatment and decreased under medium and high nitrogen treatment. All P, available N and available P were increased under LN and HN treatment and decreased in MN treatment. While the exchangeable Ca content was increased after high nitrogen treatment, and then decreased under high nitrogen treatment.