楊樹人工林下根系的氮素循環(huán)與動態(tài)特征分析

王 超

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域概況 取樣地選擇于四川省成都市生態(tài)試驗站，該地屬于四川盆地的亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。無論氣溫還是年平均降水，皆適合楊樹生長。試驗期選擇為夏季，試驗樹種為栽種的黑楊樹苗。春季楊樹剛剛發(fā)出新嫩的枝和葉，七八月是楊樹生長的高峰期，此后楊樹苗生長逐漸緩慢直至停滯，秋節(jié)基本停止生長，到了冬季，尤其是嚴霜以后，過渡到休眠期。試驗林地的土壤是大面積的紫色土，呈中性，有機質(zhì)含量較低，全氮含量最低，全磷與全鉀含量較高，土壤肥力處于中等偏上。

1.2 研究方法 樣品細根取樣、分解試驗、細根年生物量的測定、土壤樣品采集與處理參見趙建誠的研究[1]。土壤與植物樣本的全氮測量利用半微量凱氏定氮法，土壤的水解氮測試利用堿解擴散法，土壤NH3-N的測試借助蒸餾方式。

2 結(jié)果和分析

2.1 楊樹人工林下其細根氮的分布情況和生物循環(huán)

2.1.1 楊樹細根氮的分布情況 楊樹的各個部位具體的含氮量存在一定的差異，根部細胞生長快，極富呼吸力。對于整體的根系，幼根的吸取力是最強的。根毛數(shù)目眾多，且?guī)юば裕拙o貼于土壤的顆粒，進而促進根系吸收養(yǎng)分的數(shù)量與速度大幅度增長，使得無機養(yǎng)分借助根部的吸收傳到根細胞。土壤中富含氮元素。然而，林木的細根中含氮量和土壤總體的氮量沒有很大的關(guān)聯(lián)。所以，提升楊樹對土壤中氮的吸收程度是一個重要問題。

2.1.2 林木細根氮的循環(huán) 為揭示出楊樹的細根氮循環(huán)特點，可引進以下循環(huán)參數(shù)標準：周轉(zhuǎn)期為營養(yǎng)元素的循環(huán)速率標準，表征元素在林木內(nèi)的存留時間；依據(jù)元素的現(xiàn)存量和年歸還量的比值，能夠得到楊樹細根里氮周轉(zhuǎn)期；循環(huán)系數(shù)為循環(huán)強度的標準，為歸還量和吸收量比值。計算結(jié)果顯示，四川省成都市生態(tài)試驗站區(qū)域的楊樹細根氮循環(huán)系數(shù)為0．35，吸收系數(shù)為0．004 3，楊樹細根內(nèi)的氮吸收強度一般。

2.2 楊樹人工林下土壤總氮與NH3-N含量的季節(jié)變化

2.2.1 土壤總體含氮量的季節(jié)變化 試驗地環(huán)境下土壤總體氮含量在整個生長季的變化幅度較小。淺土層中的全氮量皆大于較深土層中的全氮量，而且在楊樹的整個生長季節(jié)皆是如此。另外，經(jīng)F檢驗可知，淺土層、深土層的土壤中氮量有著明顯的差別。同一土壤上下土層，盡管母質(zhì)、氣候條件基本相同，但由于水熱狀況、物質(zhì)來源等差別，導(dǎo)致上下層的有機態(tài)氮的構(gòu)成與含量顯著差異。原因是土壤剖面總體含氮量的變化主要受到林木枯落物的歸還量與土壤淋溶強度的影響。

2.2.2 土壤中NH3-N含量的季節(jié)變化 土壤中可以被林木吸取的氮主要取決于土壤中氮礦化、生物吸收、銨固定和釋放、硝化、植物吸收與氨揮發(fā)、反硝化與淋失等很多因素。土壤無機態(tài)氮中，交換性的銨溶液中銨最易被根部吸收。土壤內(nèi)的NH3-N一般來自于土壤中的有機氮。因富里酸與雜環(huán)氮較為穩(wěn)定，很難被土壤微生物分解，所以不在其中。因此，NH3-N往往來自于土壤生物體內(nèi)的有機氮。這些生物體內(nèi)的氮包括蛋白質(zhì)、核酸、酰氨等。蛋白質(zhì)在真菌、微生物、細菌的影響下水解為氨基酸，然后脫氨成為有機酸與氨。這種有機氮的氨化程度取決于氣溫，氣溫高，氨化作用就強。楊樹人工林下表層土壤中NH3-N含量隨著季節(jié)變化而變化，從4月起逐漸增高，到8月到最大值，9月起降低，10月林地土壤中基本不能檢測出NH3-N。

2.3 草根和楊樹細根中氮的變化與土壤氮的關(guān)系

2.3.1 草根氮濃度的變化 草根氮濃度隨著生長季逐步增加，盛夏時期氮的濃度最大，以后逐漸降低。這表明草根吸收氮養(yǎng)分的季節(jié)比較集中，而且在夏季存在顯著的高峰期。

2.3.2 楊樹活細根中氮變化和生物量之間的關(guān)系 楊樹活細根中氮濃度隨著季節(jié)的變化而波動，在整個生長期相對穩(wěn)定，未呈現(xiàn)顯著的峰期，而5、9月相對較低。其變化的趨勢與活細根生物量的變化大勢相同。在生長期，每個月楊樹活細根的生物量與根氮濃度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，氮供應(yīng)量和生物量總體呈典型的線性關(guān)系，證明氮供應(yīng)良好，對于活細根的生物量起到促進作用。按照楊樹活細根中的氮濃度可以估計出生物量，進而為測定活細根的生物量找出新的路徑。

2.3.3 草根中氮含量與氣溫變化相關(guān) 草根含氮量的變化和氣溫的變化大概一致。從5月起逐漸增多，到8月達最大值，之后逐漸降低。由于很多植物的根系吸收養(yǎng)分需要適當(dāng)?shù)臏囟取鉁氐母叩完P(guān)系到植物體內(nèi)的代謝與能量的釋放。因植物對于礦質(zhì)元素的吸收是消耗能量的過程，溫度影響根部細胞的主動吸收。因此，溫度的高低影響根系對于礦質(zhì)元素的吸收程度。

2.3.4 草根中含氮量和土壤NH3-N的關(guān)系 整個生長期內(nèi)草根含氮量的變化和較深土層內(nèi)NH3-N的變化大體相同。由于氨態(tài)氮含量過于低，因此一般很難檢測具體數(shù)量，除10月外，二者呈明顯的正相關(guān)。楊樹細根內(nèi)的氮含量和土壤中的NH3-N、水解氮沒有呈現(xiàn)顯著的關(guān)聯(lián)。不同植物根系對養(yǎng)分的吸收與養(yǎng)分的形態(tài)有關(guān)。楊樹是陽性的樹種，吸收氮以NO3-N為主。

[1]趙建誠．歐美楊Ⅰ-107根系特征及鹽、旱脅迫對其生理特性的影響[D]．泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013．