施氮肥模擬氮沉降對油松天然次生林土壤特性的短期影響

趙宇

(山西省國有林場和種苗工作總站，山西 太原 030012)

1 試驗地概況

研究地區位于呂梁市離石區吳城鎮，海拔1 300～1 700 m，年平均氣溫6.58 ℃，年降水量500 mm左右，無霜期160 d。土壤多為淋溶褐土。主要植被有油松(Pinustabuliformis)、白樺(Betulaplatyphylla)、山楊(Populusdavidiana)等。

2 研究內容與方法

2.1 試驗地設置與標準地概況

試驗地選在呂梁市離石區吳城鎮蘿卜溝內油松天然次生林。林地海拔1 400～1 600 m。氮沉降處理采用噴施NH4NO3方式進行，在選定的林分中分別設置9塊試驗標準地，標準地面積20 m×30 m，標準地之間的間隔距離不小于10 m。噴施NH4NO3設3個水平[3]：對照(0 gm-2a-1)、低氮(8 gm-2a-1)、高氮(15 gm-2a-1)，每個水平下隨機設置3個樣方。將年NH4NO3施用量在生長期(5—9月)內，按月平均施用。施用時將NH4NO3晶體溶解在 20 L 水中，均勻噴灑在樣方中。對照樣方則噴灑相同數量的清水。噴灑前標準地土壤屬性概況見表1。

表1 噴灑前樣方0～20 cm層土壤屬性

2.2 研究方法

2.2.1 土壤取樣與處理 在樣方內隨機選擇5個點，移除凋落物后采集0～10、10～20 cm兩層土壤樣品，采樣后將植物殘根以及石子等雜物剔除，裝入密封塑料袋盡快帶回實驗室，保存于0～4 ℃冰箱待測。分析土壤銨態氮、硝態氮、全氮、有機碳含量等土壤屬性指標差異、變化趨勢。

2.2.2 土壤樣品分析測定 對野外采集的土樣及時進行分析，分別測定土壤全氮、銨態氮、硝態氮含量3個指標。其中，銨態氮(NH4+-N)和硝態氮(NO3--N)含量用新鮮土樣測定，分別用2 molL-1KCL浸提—靛酚藍比色法 (Dorich HA et al.，1983)和酚二磺酸比色法 (APHA，1998) 測定；土壤pH、有機碳以及全氮用風干后的土樣，分別采用pH計、K2Cr2O7外加熱法和凱氏定氮法測定。

3 結果與分析

對照樣地和不同施氮量樣地的方差分析(表2)表明：在0～10 cm土層中，對照樣地、低氮施肥量和高氮施肥量的土壤銨態氮含量的均值分別為2.43、3.27和4.52 mgkg-1，各處理與對照樣地相比，分別提高了34.6%，86%。在10～20 cm土層中，銨態氮均值分別為1.89、1.92和1.69 mgkg-1，與對照樣地相比，低氮施肥量樣地提高了1.6%，高氮施肥量樣地降低了10.5%。同一塊樣地0～10 cm土層和10～20 cm土層中土壤銨態氮含量差異均顯著(P<0.05)。同一土層不同樣地0～10 cm差異顯著(P<0.05)；10～20 cm樣地間差異不顯著(P>0.05)。

表2 土壤硝態氮、銨態氮、全氮、有機碳含量及pH的變化及其方差分析

對照樣地和不同施氮量樣地的方差分析表明：在0～10 cm土層中，對照樣地、低氮施肥量和高氮施肥量的土壤硝態氮含量的均值分別為3.28、4.49和3.67 mgkg-1，與對照樣地相比，分別提高了36.9%，11.9%。；在10～20 cm土層中，均值分別為2.22、2.24和2.71 mgkg-1，與對照樣地相比，分別提高了0.9%，22.1%。同一塊樣地低氮施肥量和高氮施肥量樣地0～10 cm土層和10～20 cm土層中土壤硝態氮含量差異均顯著(P<0.05)，而對照樣地均差異不顯著。對同一土層不同樣地而言，0～10 cm土層中，低氮施肥量與高氮施肥量和對照樣地差異顯著(P<0.05)，而高氮施肥量與對照樣地間差異不顯著(P>0.05)；10～20 cm樣地間差異均不顯著(P>0.05)。

對照樣地和不同施氮量樣地的方差分析表明：在0～10 cm土層中，對照樣地、低氮施肥和高氮施肥的土壤全氮含量的均值分別為1.54、1.36和1.15 mgkg-1，與對照樣地相比，分別降低了11.78%，25.3%。；在10～20 cm土層中，均值分別為1.21、1.14和1.01 mgkg-1，與對照樣地相比，分別降低了5.8%，16.5%。同一塊樣地0～10 cm土層和10～20 cm土層中土壤全氮含量差異均顯著(P<0.05)。同一土層不同樣地0～10 cm土層中，對照樣地與低氮施肥和高氮施肥差異顯著(P<0.05)，而低氮施肥與對照樣地間差異不顯著(P>0.05)；10～20 cm樣地間差異均不顯著(P>0.05)。

對照樣地和不同施氮量樣地的方差分析表明：在0～10 cm土層中，對照樣地、低氮施肥和高氮施肥的土壤有機碳含量的均值分別為16.72、17.23和15.73 mgkg-1，與對照樣地相比，低氮施肥樣地提高了3.1%，高氮施肥樣地降低了5.9%；在10～20 cm土層中，均值分別為11.69、12.13和11.28 mgkg-1，與對照樣地相比，低氮施肥樣地提高了3.76%，高氮施肥樣地降低了3.5%。同一塊樣地0～10 cm土層和10～20 cm土層中土壤有機碳含量差異均顯著(P<0.05)。不同樣地0～10 cm差異顯著(P<0.05)；10～20 cm差異均不顯著(P>0.05)。

對照樣地和不同施氮樣地的方差分析表明：在0～10 cm土層中，對照樣地、低氮施肥和高氮施肥的土壤pH值分別為6.72、6.75、6.71，；在10～20 cm土層中，pH值分別為6.75、6.83、6.76。不論是同一塊樣地不同土層還是同一土層不同樣地，pH差異均不顯著(P>0.05)。

4 討論與結論

通過人工模擬氮沉降探討對土壤特性的短期影響，不同的施氮強度導致土壤不同層土壤肥力的改變。

(1)施氮后，不同土壤層中，土壤銨態氮和硝態氮含量均有不同程度增加。這可能是因為土壤中銨態氮和硝態氮主要來源于土壤有機物的礦化。外源氮素的輸入可顯著影響森林土壤的氮礦化速率[6]。

(2)施氮后，土壤全氮含量呈降低趨勢。這可能與該地試驗期間的氣候條件有關，試驗期間較好的土壤溫濕條件促進了微生物活動和土壤的礦化作用，將土壤全氮中的有機態氮轉化為利于植物吸收利用的無機態氮[7]。