氮沉降對香榧林地土壤理化性狀及植株性狀的影響

高雅迪，胡淵淵，吳家勝

(浙江農林大學 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，浙江 杭州 311300)

大氣氮沉降是指人類活動產生的活性氮進入大氣后，通過降水等一系列途徑從大氣中又沉降回到陸地或海洋生態系統的過程，是N素循環的重要環節[1]。我國現已成為歐美之后的第三大氮沉降區域[2]，年平均氮沉降量已達21.1 kg·hm-2，其中東南區域最為嚴重，高達35.6 kg·hm-2[3]。尤其值得關注的是，有研究預計，今后熱帶亞熱帶地區將成為全球大氣氮沉降最嚴重的區域[4]。

香榧(Torreyagrandiscv.merrilii)為裸子植物，是榧樹(TorreyagrandisFort. ex Lindl)中經過無性繁殖的優良栽培品種類型[5]，也是我國山地重要的經濟樹種，發源地與主產地均在浙江會稽山區[6]。香榧種仁作為極具營養價值的堅果，含有豐富的蛋白質、粗纖維、脂肪酸和多種維生素[5,7]。在本研究檢索范圍內，大量的有關氮沉降的研究主要集中在植物生產力、溫室氣體排放和土壤微生物等方面[8-10]，關于氮沉降對果實發育影響的研究鮮見報道。在氮沉降持續升高的背景下，明確長期氮沉降對香榧林土壤元素、葉片元素和種仁品質的影響，對于促進香榧生態栽培和保證香榧產業的持續健康發展兼具理論和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于浙江省杭州市臨安區於潛鎮振大苗木場(30°10′N，119°22′E)，為土質疏松、排水良好的山坡地。香榧林種植于2001年，林分密度為1 400株·hm-2，香榧樹平均地徑為16.2 cm，平均樹高為3.8 m，平均樹齡為19 a。采用統一的田間管理，一年施肥2次：3月中旬施入速效肥，促進新梢和雌球花發育； 9月中旬采果以后施用化肥和有機肥，為第2年生長積累養分。

1.2 處理設計

2015年4月開始試驗，設置2個處理：對照(CK)和人工模擬氮沉降處理(30 kg·hm-2·a-1，記為N30)。處理方法參考Williams等[11]和Sarathchandra等[12]，具體做法如下：N30以4 m×4 m為一個樣方面積，從2015年5月開始每月月初按照設置的氮沉降量，將對應的NH4NO3溶解于蒸餾水中，用背式噴霧器從樹冠上方均勻噴灑在樣方內；CK的樣方內噴灑等量的蒸餾水。每個處理樣樹有3個重復。

1.3 樣品采集

1.3.1 土樣采集

在香榧種子收獲后，即2018年9月下旬采集土樣。在每株樹冠地面的投影面積，距樹干50～70 cm處于東、西、南、北4個方位采集表層(0～20 cm)土樣，混合后裝入1個干凈的塑料密封袋內，帶回土壤風干室。

1.3.2 葉片和種實采集

取樣高度選擇距地1.5 m處，在香榧樹的外圍，從東、西、南、北4個方向分別采集當年生枝條2個。同一株香榧的葉片混合裝袋。將樣品帶回實驗室，80 ℃烘至恒重，粉碎、過篩后供化學分析使用。待種實成熟期(2018年9月10日)，隨機選取60粒種實，用于形態指標測定和種仁品質測定。

1.4 測定方法

1.4.1 土壤理化性質測定

土壤pH測定：用1 mol·L-1KCl浸提，液土體積質量比2.5∶1，振蕩30 min后，用pH計測定懸濁液pH值。土壤全氮采用凱氏定氮法測定，堿解氮采用鎘柱還原法測定，全磷采用(HClO4-H2SO4浸提)鉬藍比色法測定，速效磷采用NH4F-HCl法測定，速效鉀采用1 mol·L-1中性醋酸銨提取-原子吸收分光光度法測定，總有機碳采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定。詳細方法參考魯如坤[13]。

1.4.2 葉片元素測定

葉片氮含量采用凱氏定氮法測定，磷含量采用鉬銻抗比色法測定，鉀、鎂、鈣、錳、鋅含量直接用乙炔空氣火焰的原子吸收分光光度計(M6型，Thermo Fisher Scientific)測定。具體方法參考董鳴[14]。

1.4.3 香榧種實大小形態與種仁品質測定

待種實成熟期(2018年9月10日)，隨機選取20粒種實，用游標卡尺測量每粒種實的長度(L)、寬度(W)，并用電子天平稱量鮮重，精確到0.001 g。用刀片取下假種皮后，放置于105 ℃烘箱中殺青40 min，再65 ℃烘24 h至恒重，稱量干重，精確到0.001 g。

參考郝再彬等[15]的方法測定含油率。用液氮將種子研磨后，放入65 ℃的烘箱烘干，濾紙在使用之前先烘1 h并進行稱量，取烘干后樣品約4 g，用烘干后的濾紙包好，再進行烘干操作。之后，稱量濾紙與樣品烘干后的總重。用30～60 ℃石油醚提取8～10 h，用旋轉蒸發儀分離石油醚與油，油放入4 ℃冰箱保存，用于脂肪酸組分測定，樣包放入65 ℃烘箱烘干后進行稱量，計算含油率。淀粉和可溶性總糖的測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍法，具體方法參考孔祥生等[16]。

1.5 數據分析

所有數據采用SPSS 16.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 對土壤養分的影響

從表1可知，與CK相比，N30處理下香榧林土壤的pH值和速效鉀含量顯著降低，總有機碳含量顯著增加，堿解氮、全氮、速效磷和全磷含量均無顯著變化。

表1 不同處理下香榧林地土壤養分的變化

2.2 對葉片營養元素的影響

從表2可知，與CK相比，N30處理下香榧當年生葉片的鉀含量顯著降低，鎂、鋅含量顯著增加，而氮、鈣、錳、磷含量均無顯著變化。

表2 不同處理下香榧當年生葉片主要元素含量的變化

2.3 對種實表觀形態的影響

從表3可知，與CK相比，N30處理下香榧種實的縱徑、橫徑和體積均顯著降低，每粒香榧種實的鮮重顯著降低了18.7%，每粒種仁的鮮重、干重分別顯著降低了26.8%和26.7%。

表3 不同處理下香榧種實表觀形態的變化

2.4 對種仁品質的影響

從表4可知，與CK相比，N30處理下香榧種仁中的可溶性糖含量顯著增加，但含油率、淀粉含量和可溶性蛋白含量無顯著變化。

表4 不同處理下香榧種仁品質的變化

3 討論

鉀在促進果實發育、提高產量、增進品質、增強植物抗逆性等方面均具有十分重要的作用，因此，有“品質元素”之稱[21-22]。速效鉀是最能直接反映土壤供鉀能力的指標，和植物鉀含量往往有比較好的相關性。研究表明，氮沉降處理下的土壤速效鉀含量顯著降低，且隨氮沉降時間的延長降幅增大[23]。本研究結果顯示，與CK相比，N30處理下香榧林地土壤中的速效鉀和香榧當年生葉片中的鉀含量均顯著降低，而且N30處理的香榧種實顯著小于CK，表明長期氮沉降加速土壤中速效鉀的淋失，影響香榧種實的發育。