不同形态外源氮对马尾松与广玉兰落叶分解的影响

2017-11-17周林涛宋曰钦

湖南林业科技 2017年2期

周林涛，黄欣，宋曰钦

（1.深圳市日昇园林绿化有限公司，广东深圳 518000； 2.华南农业大学植物线虫研究室，广东广州 510642；3.黄山学院生命与环境科学学院，黄山安徽 245041）

周林涛1，黄欣2，宋曰钦3

以马尾松及广玉兰落叶为试验材料，以浓度均为 75 mg/kg 的 NH4Cl、KNO3、NH4NO3溶液为试验处理液，采用分解袋方法，通过对落叶施加不同形态外源氮的方式模拟氮沉降，研究不同形态外源氮对马尾松及广玉兰落叶分解的影响。结果表明：施加外源氮素可以促进落叶的分解，外源氮对不同树种落叶分解的促进效果不同；广玉兰落叶在外源氮处理后分解率增加更为明显，161 天后其各处理分解率均在马尾松落叶分解率的 1.2 倍以上。氮源形态对马尾松、广玉兰落叶分解率的影响均达极显著（马尾松 F=1 262.9 P ＜ 0.01，广玉兰 F=165.3 P ＜ 0.01），其中硝态氮处理效果最好，161 天后马尾松和广玉兰落叶的分解率分别为 9.79% 和13.02%。分解时间对马尾松与广玉兰落叶分解率的影响均达极显著。

落叶分解；马尾松；广玉兰；外源氮形态

随着社会经济的发展，人类社会的工业化生产、毁林开荒和农业大规模施肥等使得陆地生态系统的氮素相对工业革命前增加了 3 ～ 5 倍［1］，某些地区和国家的大气氮沉降速度至少增加了3 ～ 10 倍［2-3］。这些氮素很大一部分来源于人类活动，比如工业化的发展、化石燃料的燃烧、农业活动中氮肥的使用与固氮作物种植、集约畜牧业等［4］。这种氮沉降对地球陆地生态系统的作用也不尽相同，例如低浓度的大气氮沉降能够促进某些植物的生长，提高其固碳能力［5-7］；高浓度的氮沉降则会导致生物多样性的降低，土壤酸化与养分流失［8-9］。

N 是影响森林凋落物分解的重要营养元素，C/N 常作为衡量 N 分解速度的指标［10］，因而氮沉降对森林生态系统养分循环特征，特别是对森林凋落物分解速率的影响成为森林凋落物研究的新热点。许多学者已开始了相关领域的研究［11-15］，大多数研究认为外源N会提高落叶的分解速率。

为研究不同氮源对北亚热带地区凋落物分解的影响，分析氮沉降对生态系统可能造成的影响，作者选取长江中下游地区常见的 2 个园林栽培树种——马尾松和广玉兰作为研究对象，分别作为针叶树和阔叶树的代表，以铵态氮（NH4Cl）、硝态氮（KNO3）和混合氮（NH4NO3）为氮源形态类型，研究不同形态氮源对马尾松和广玉兰落叶分解的影响，为更好地了解环境条件的变化对森林生态系统功能的影响提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于 2009 年 11 月在黄山学院南区校园内收集马尾松、广玉兰的新鲜凋落叶（近 1～2 天凋落的），在室内风干、待用。

1.2 试验方法

试验方法为结合张鼎华［16］等和李仁洪［17］等的研究方法，并加以改进。在实验室配置浓度均为 75 mg/kg 的 NH4Cl、KNO3、NH4NO3溶液作为试验处理液，同时以纯净水处理作为对照。

凋落物分解采用网格分解袋法。以 12 cm×20 cm 的尼龙网袋（孔径为 1.5 mm × 1.0 mm）作为分解袋，以取自田间的黄心土为土壤，将凋落物称重后放入分解袋中，置于土壤表面，使其分解。称取 10 g 左右（精确至 0.001 g）的风干落叶样品，并将装有落叶样品的尼龙网袋平放在装有黄心土（土壤含水量控制在 60%）的容器中。取 3 袋样品测定其初始含水量（先于 105° 烘箱中烘 15 min，再将温度调至 90° 烘至恒质量）。

试验共设 4 个水平（4 种处理），分别为 N1、N2、N3 和对照（CK）。N1、N2、N3 处理分别喷洒 75 mg/kg 的 NH4Cl、KNO3、NH4NO3溶液，对照组喷洒纯净水。每种处理 3 个重复。每个处理的落叶中喷洒 100 ml 相应溶液或等体积的纯净水。然后将各处理置于室内，并定期称量质量和以蒸馏水补充水分，使田间持水量保持在 60%。

从 2010 年 3 月开始，定期取样，试验开始后，前 14 天每 7 天取样 1 次，试验的第 15 ～ 56 天期间每 14 天取样 1 次，试验开始 56 天以后每21 天取样 1 次，直至取完，共计取样 10 次。每次每 1 个处理取样 3 袋（即每种处理共取样 9 袋）。分解袋取回后，取出叶片用蒸馏水漂洗干净后，置于 65 ℃ 下烘干至恒质量并记录；最后粉碎，保存备用。

1.3 数据处理

根据马尾松和广玉兰落叶初始干质量与经不同时间分解后干质量的变化来计算分解率 Re。其计算公式为：

式中：M0为分解开始前凋落物样品的干质量；Mt为分解时间为 t 时，凋落物样品的干质量。采用 Excel 进行数据分析并制图，再对凋落物不同分解时间的分解率进行反正弦转换后，采用 SPSS 软件进行数据方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同形态氮源对马尾松落叶分解的影响

从图 1 可以看出：在马尾松落叶中喷洒外源氮能促进其分解，且随着分解时间的延长，不同形态氮源处理的马尾松落叶，其分解率均不断上升，但上升速度逐渐放缓；从分解率曲线的变化趋势看，N2 处理的落叶在分解 161 天后分解率最大，为 9.1%，大于 N3 处理的 7.67%、N1 处理的 6.9%及 CK 的 6.45%。由图 1 还可以看出，N1 和对照组在各测定时间点的分解率都极为接近，甚至个别时间点上 CK 的分解率还高于 N1 的。说明以 75 mg/kg 的 NH4Cl 喷洒马尾松落叶对其分解的促进作用不明显。

图1 不同形态氮源处理的马尾松落叶不同处理时间的分解率Fig.1 Leaf litter decomposition rate of Pinus massoniana Lamb under different treatments

2.2 不同形态氮源对广玉兰落叶分解的影响

由图 2 可以看出：随着分解时间的延长，广玉兰落叶的分解率逐渐升高，并且分解率的增加速度为分解前期大于分解后期。用不同形态外源氮处理的广玉兰落叶，其分解率不同；分解 161 天后，N1、N2、N3 处理的分解率分别为7.9%、13.02%、9.79%，CK 为 7.46%。可见，N2 处理的广玉兰落叶分解最好。从图 2 中还能看出，N1 处理的广玉兰落叶分解率与对照组落叶分解率曲线十分接近，说明以 75 mg/kg 的 NH4Cl 喷洒广玉兰落叶对其分解的促进作用不明显。

图2 不同形态氮源处理的广玉兰落叶不同处理时间的分解率Fig.2 Leaf litter decomposition rate of Magnolia grandi flora L.under different treatments

2.3 氮源形态及处理时间对马尾松和广玉兰落叶分解率的影响

对不同形态氮源处理马尾松与广玉兰落叶在161 天内不同时间的分解率进行数据转换后作双因素方差分析，结果（表 1）表明：不同形态氮源各处理之间马尾松与广玉兰落叶的分解率均存在极显著差异，氮源形态是影响马尾松与广玉兰落叶分解的主要因素之一；分解时间对马尾松与广玉兰落叶的分解率的影响均达极显著差异。

表1 马尾松与广玉兰落叶分解率方差分析Tab.1 Variance analysis of leaf litter decomposition rate of Pinus massoniana Lamb and Magnolia grandi fl ora L.

3 结论与讨论

一般认为，大气中 N 沉降的增加会对森林凋落物的分解速率产生影响。我国许多学者在野外和实验室内都进行了相关研究［13-19］，其研究结果都显示出落叶的分解速率会受到外源 N 的影响，但对叶凋落物分解的影响不全都表现为促进作用。有研究［20］表明，很多因素都影响着 N 沉降对森林凋落物分解速率影响的结果，如试验对象的不同、试验中 N 处理类型的不同、采用的试验方法不同、试验持续时间的长短不同等，其最终结果取决于这些因素的共同作用。

本研究结果表明：对马尾松和广玉兰落叶施加不同形态的氮源，2 种植物的落叶分解速率存在着差异。其中，对马尾松落叶施加硝态氮在一定程度上能够促进其分解，分解 161 天时分解率为 9.1%，高于不加外源氮（对照组）的（6.45%）和施加铵态氮的（6.9%）。这与程煜［21］等的研究结果一致。广玉兰落叶在施加硝态氮分解 161 天时分解率为 13.02%，高于不加外源氮（对照组）的（7.46%）和施加铵态氮的（7.9%），施加硝态氮明显加快了落叶分解的速度。施加外源氮能够显著提高马尾松及广玉兰落叶的分解率（P ＜ 0.01），但不同形态的外源氮处理后效果不同，硝态氮对马尾松及广玉兰落叶分解效果最好；相同外源氮处理不同树种的落叶，其分解率也不相同，广玉兰落叶的分解率要高于马尾松落叶的。

有研究［22］表明，外加氮能促进森林凋落物分解的原因是外加氮提供了微生物活动所需的氮素，降低了 C/N，提供了分解微生物所需的氮素，促进了微生物的分解活动，从而促进凋落物分解。宋曰钦等［18］在不同氮源对三倍体毛白杨落叶分解影响的研究中得出，添加不同形态的氮源对三倍体毛白杨落叶分解都有一定程度的促进作用，但不同形态氮源间促进作用差异显著，且铵态氮促进落叶分解的效果优于硝态氮和混合氮。这与本试验的结果不同。出现这种情况的原因可能是：①试验对象不同。本试验是以马尾松与广玉兰为研究对象，宋曰钦的是以三倍体毛白杨为研究对象。②试验方法不同。本试验采用的是分解袋法，而宋曰钦等采用的是室内培养法。③试验所用土壤来源不一样，导致土壤中微生物种群组成不同，从而所利用氮源不一样。有研究［23］表明，当给林地施加无机或有机态的 N 时，可以促进一些易分解的有机物质的分解，但也延缓了一些不易分解的有机物质的分解，这 2 种作用是同时存在的。其原因可能是抑制了酚氧化酶的合成，增加了有抑制作用和有毒的氨基苯酚物质的含量或改变了各种真菌种群之间的竞争关系。因此，在对林地进行营林管理时，要根据当地实际情况采取适宜的营林管理措施，从而实现对森林的综合、科学管理，确保生态系统的稳定性。

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（文字编校：唐效蓉）

The effect of different form of exogenous nitrogen addition on decomposition of Pinus massoniana Lamb and Magnolia grandi fl ora L.leaf litter

ZHOU Lintao1，HUANG Xin2，SONG Yueqin3
（1.Shenzhen Risheng Gardening Co.Ltd.，Shenzhen 518000，China；2.Laboratory of Plant Nematology，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；3.College of Life and Environmental Sciences，Huangshan University，Huangshan 245041，China）

The effect of different form exogenous nitrogen addition on decomposition of Pinus massoniana Lamb and Magnolia grandi fl ora L.leaf litter were studied using a self-designed method of decomposition bag，with the treatments of NH4Cl（75 mg/kg）、KNO3（75 mg/kg）、NH4NO3（75 mg/kg）.The main results are as follows：（1）Exogenous nitrogen accelerated the leaves decomposition rate of both plants while the effect on M.grandi fl ora L.was stronger.The decomposition rate of M.grandi fl ora L.was 1.2 times stronger than P.massoniana Lamb in both treatments after 161 days.（2）Extreme significant effects on both plants with nitrogen s ources treatments were showed （P.massoniana Lamb F=1 262.9 P ＜ 0.01；M.grandi fl ora L.F=165.3 P ＜ 0.01）.The effect of nitrate nitrogen was the best and the decomposition rate of P.massoniana Lamband M.grandi fl ora L.after 161 days were 9.79% and 13.02% respectively.Extreme significant effects on decomposition rate of P.massoniana Lamb and M.grandi fl ora L.leaf litter due to time were showed.

leaves decomposition；Pinus massoniana Lamb；Magnolia grandi fl ora L.；exogenous nitrogen form

S 714

1003-5710（2017）02-0034-04

10.3969/j.issn.1003-5710.2017.02.007

2016-09-26

安徽省教育厅自然科学重点项目（KJ2016A680）

周林涛（1988-）男，安徽省安庆市人，硕士，主要研究方向为森林培育和园林植物引种驯化；E-mail：174334134@qq.com

宋曰钦，博士，教授；E-mail：723950094@qq.com