氮沉降對土壤養分影響研究綜述

劉佳婷，廖迎春，謝 越，施星星

(南昌工程學院 江西省退化生態系統修復與流域生態水文重點實驗室，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。活性氮是反應性氮，自然過程中通過閃電和生物固氮作用轉化成含氮化合物，然后通過沉降或是直接被植物吸收等方式進入生態系統[1]。隨著工業化的發展，人類活動如化石燃料燃燒、生物肥料使用和畜牧業的快速發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過程及陸地生態系統[1-2]，同時也在一定程度上影響著人類的生活環境。土壤是人類和動植物賴以生存的物質基礎，土壤養分是植物生長所必需的能直接或間接被植物根系吸收利用的礦質營養成分，氮沉降的增加對土壤養分也造成了一系列的影響。筆者主要從土壤養分的角度，分析土壤中碳、氮、磷含量及土壤養分有效性、土壤鹽基離子含量對氮沉降的響應，綜述氮沉降對土壤養分的影響。

1 氮沉降對土壤碳、氮、磷的影響

土壤有機碳庫是土壤肥力和環境質量的重要特征[3]，也是陸地碳庫的重要組成部分。據統計，土壤有機碳庫含量是大氣碳庫的3倍之多[4]。齊玉春等[3]關于溫帶典型草原土壤總有機碳及溶解性有機碳對模擬氮沉降響應的研究表明，施氮4年不同施氮量處理對土壤表層總有機碳含量與溶解性有機碳含量均沒有顯著影響，在試驗的后兩年外源氮的增加對土壤總有機碳含量呈現出一定的促進作用(與對照差異不顯著)，而這種現象在施氮處理的前兩年并未發生。這與SILVEIRA et al.[5]研究發現外源氮的增加在短期內對草原生態系統土壤總有機碳含量沒有影響的結論一致。在關于森林生態系統土壤有機碳對氮沉降響應研究方面，樊后保等[6]發現隨著施氮水平的增加，土壤有機碳含量呈現下降的趨勢。而HUANG Zhiqun et al.[7]和劉建才[8]關于森林生態系統土壤有機碳的研究則顯示外源氮的增加使土壤有機碳含量增加，且沉降的氮更容易被碳氮比相對較低的生態系統所固定[7]。蘇兵強[9]在關于杉木人工林土壤養分的研究中發現低氮處理促進土壤碳含量的增加，高氮處理則起抑制作用。因此，關于氮沉降對土壤碳的吸收究竟是起促進作用還是阻礙作用仍存在很大的爭議[10]。

氮和磷是限制植物生長的主要因子。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，且氮的飽和會降低植物組織對磷等其他營養成分的獲取和利用[11]。周紀東等[12]在對內蒙古溫帶草原土壤的研究中發現，隨著施氮強度的增加，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]在對典型闊葉紅松林土壤的研究中也發現，模擬氮沉降處理兩年時氮沉降在總體上對土壤全氮含量沒有顯著影響。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，促進了植物對磷的吸收，從而減少了土壤全磷的含量[14]。

2 氮沉降對土壤養分有效性的影響

土壤養分有效性是影響植物生長狀況的重要因素。氮、磷、鉀是土壤養分的重要組成部分，有效磷、有效鉀和有效氮在一定程度上反映了土壤養分的有效性。齊玉春等[3]研究發現，土壤有效氮含量隨著施氮強度的增加而增加，并且這種影響在土壤表層尤為顯著。同時，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]在關于典型闊葉林土壤的研究中則發現，施氮濃度處于低等或中等水平時，施氮處理能顯著增加土壤有效磷含量，而高濃度施氮會導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下降趨勢[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，促進了植物對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，能使土壤向堿性一側移動，在緩和土壤酸化和調節土壤養分方面發揮著重要作用。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，氮沉降量的增加會使土壤中K+的含量降低[16-17]。同時，Ca2+、Mg2+和Na+含量也隨著氮沉降水平的增加呈下降趨勢。也有研究發現，低濃度氮處理會使土壤中交換性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]。總體來說，隨著氮沉降量的增加，土壤鹽基離子呈先增加后降低趨勢[20]。這可能是由于氮沉降增加了土壤活性氮的含量，促進了土壤酸化，進而導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]。而在關于森林土壤的相關研究中，李秋玲等[18]發現外源性氮輸入對土壤中鹽基離子Ca2+、Mg2+和K+含量的影響并不顯著，對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 結束語

目前，中國已經成為繼美國和歐洲之后的全球第三大氮沉降區，大氣氮沉降所帶來的養分已經成為中國農田和自然生態系統的養分資源，相當于每年氮肥使用量的60%[21]。因此，了解土壤養分對氮沉降的響應機制，可以充分利用氮沉降所帶來的養分，避免或減輕其負面的影響，這對于實現中國農田及自然生態系統可持續發展具有重要意義。