模擬氮沉降對高黎貢山自然公園中山濕性常綠闊葉林土壤有效氮含量的影響

李雪娟 喬璐 唐宗英 張文靜 李雯 鄭希 趙士杰 車麗莎 付磊昌

摘要：于2017年7～11月，對黎貢山中山濕性常綠闊葉林進行了模擬氮沉降試驗，氮沉降水平分別為對照、低氮、中氮和高氮，定期用采集土樣測定土壤中的NH₄⁺-N和NO₃^--N。結果表明：2017年7～11月，土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量在部分樣地中增高;1號樣地中除了NO處理無變化以外，其余N5、N15、N30的土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量均增高;2號樣地中，N5處理的NH₄⁺-N含量增加，其余均不變或降低，N5和N15處理的NO₃^--N含量均增高，NO和N30的均降低。

關鍵詞：中山濕性常綠闊葉林;土壤有效氮含量;模擬氮沉降

中圖分類號：X142 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0033-03

1 引言

自19世紀70年代工業革命以來人類活動對大氣環境的不斷影響，煤炭、石油等化石燃料的燃燒、森林砍伐，大氣中的含氮化合物激增并引起大氣氮沉降也成比例增加[1，2]，氮沉降已經成為全球氮循環的一個重要組成部分[3]，氮沉降作為驅動因子勢必改變森林生態系統氮循環，尤其是土壤氮素轉換的速度、方向和通量，土壤中有效氮主要以銨態氮和硝態氮形式存在，它們是植物從土壤中吸收氮素的主要形態，直接影響著土壤的氮素供給能力。

國外對森林生態系統氮素循環方面的研究工作開展得比較早，近30年歐洲和北美有關氮沉降及其對森林生態系統的影響方面的研究較多，例如，歐洲NIT-REX（Nitrogen Saturation Experiments）研究項目涉及到7個國家8個研究站點的10項試驗研究EXMAN（Experimental Manipulation of Forest Ecosystems inEurope）項目也涉及到4個國家6個研究站點[4，5]。我國對于氮素的研究以農田生態系統為主，近年來森林生態系統土壤中氮素轉化過程也日益成為人們關注的熱點[6～8]。方運霆等[9]在亞熱帶森林生態系統針對土壤有效氮含量的基本動態研究結果表明，土壤有效氮含量不但具有明顯的季節性變化，而且不同林分樣地之間差異顯著[9]。閆聰微等[6]通過野外模擬試驗比較不同氮沉降水平對亞熱帶針葉（杉木）和闊葉（浙江桂、羅桴栲）森林土壤中可溶性氮含量的影響，結果表明：施氮3d后，隨著施氨水平的提高，土壤尤其是杉木林土壤中的可溶性有機氮含量增加，然而3個月后，施氮影響趨緩甚至相反[6]。然而也有研究表明，增加氮沉降量抑制森林土壤氮素凈礦化通量[10]或沒有影響[11]。由此可見，大氣氮沉降對森林生態系統中土壤有效氮的含量和轉化的影響仍有很大的不確定性。

高黎貢山位于中緬交界地帶，其特有的中山濕性常綠闊葉林在如何應對全球氣候變化，生物多樣性及其生態功能的響應狀況是目前研究的焦點之一。目前暫無該區域大氣氮沉降增加與土壤有效氮含量響應的研究，因此在高黎貢山開展森林生態系統土壤有效氮含量對氮沉降的響應研究，能為氮沉降對森林生態系統土壤氮的有效性、氮素轉化影響及其調控機理提供基礎數據，也為后續研究氮沉降對高黎貢山中山濕性常綠闊葉林森林生態系統結構與功能影響及其機理打下基礎。

2 材料和方法

2.1 研究地基本概況

研究地位于高黎貢山國家級自然保護區赧亢管理站管轄范圍內的實驗區（24°49′N，98°46′E;海拔2050m）。該地區的氣候類型我國西部型季風氣候的暖性濕潤型，年平均溫為13.2℃，年均降雨量在1000mm以上。土壤類型為黃棕壤。植被類型為中山濕性常綠闊葉林，以香葉樹（Lindera communis），紅木荷（Schemawallichii），青岡（Cyclobalanopsis glauca），扭子果（Ardisia virens）等組成。

2.2 試驗設計

在高黎貢山赧亢管理站管轄范圍高黎貢山自然公園內設置2塊樣地，每塊樣地中建立8個5m×5m的樣方，每個樣方之間設>5m寬的緩沖帶。采用人工噴灑NH4CI溶液模擬大氣氮沉降處理，共有4個水平，空白對照NO（0g N/（m²·a））、低氮N5（5gN/（m²·a））、中氮N15（15gN/（m²·a））和高氮N30（30gN/（m²·a》.每個水平2個重復，將年施用量平均分成12等分，將各處理水平所需NH₄Cl溶解至1L水中，從2016年12月開始，每月下旬用噴霧器在各水平樣方中來回均勻噴灑，空白對照只噴灑水，半年后開始測定土壤中有效氮含量。

2.3 土壤有效氮含f的測定

（1）硝態氮NO₃^--N：《森林土壤氮的測定》（LY/T1228-2015中硝態氮的測定-連續流動分析法）。

（2）銨態氮NH₄⁺-N：《森林土壤氮的測定）（LY/T1228-2015中銨態氮的測定-連續流動分析法）。

3 結果與分析

3.1 不同氮處理土壤銨態氮的變化

由圖1可知，通過施氮處理以后，到2017年7～11月，土壤中銨態氮的含量有一定的增高，該結果在1號樣地的N30、N15、N5、N0這4個氮處理濃度上的變化規律均相似;但在2號樣地上，除了N5處理的銨態氮濃度增加外，NO基本不變，N15、N30的銨態氮濃度反而下降，這和閆聰微等[6]及其他學者的研究結果類似，增加氮沉降量抑制森林土壤氮素凈礦化通量[10]或沒有影響[11]，森林生態系統土壤有效氮的轉化對氮沉降增加的響應仍然有很大的不確定性，仍需進一步長期定點連續監測（表1）。

3.2 不同氮處理土壤硝態氮的變化

由圖2可知，通過施氮處理以后，到2017年7～11月，土壤中硝態氮的含量有一定的增高，該結果在1號樣地的N30、N15、N5、N0這4個氮處理濃度上的變化規律均相似;但在2號樣地上，只有N5、N15處理的銨態氮濃度增加外，NO N30的硝態氮濃度反而下降，這也說明由于觀測時間的局限，森林生態系統土壤有效氮的轉化對氮沉降增加的響應仍然有很大的不確定性，仍需進一步長期定點連續監測（表2）。

4 結論

通過2016年12月施氮處理以后，到2017年7月、11月，土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量在部分樣地中增高;1號樣地中除了NO處理無變化以外，其余N5、N15、N30的土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N含量均增高;2號樣地中，N5處理的NH₄⁺-N含量增加，其余均不變或降低，N5和N15處理的NO₃-N含量均增高，NO和N30的均降低，特別是N30處理的硝態氮含量反而降低，鑒于目前暫無類似研究結果，其原因有待進一步研究，以上結果也進一步說明森林生態系統土壤有效氮的轉化對氮沉降增加的響應仍然有很大的不確定性，仍需后續的長期定點連續監測。

參考文獻：

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[9]方運霆，莫江明，GUNDERSE P，等.森林土壤氮素轉換及其對氮沉降的響應[J].生態學報，2004，24（7）：1524～1531.

[10]Jussy JH，Colin Belgrand M，Dambrine E，et al.N deposition，Ntransformation and N leaching in acid forest soils[J].Biogeo-chemistry，2004（69）：241～262.

[11]Gundersen P.Effects of enhanced nitrogen deposition in a spruceforest at Klosterhede，Denmark，examined by moderate NH4 N03addition[J].Forest Ecology and Management，1998（101）：251～268.

收稿日期：2019-09-26

基金項目：云南省教育廳科學研究基金指導性項目（編號2017ZDX137）

作者簡介：李雪娟（1981-），女，講師，碩士，研究方向為環境監測、環境污染控制技術。