氮沉降对土壤养分影响研究综述

刘佳婷，廖迎春，谢 越，施星星

(南昌工程学院 江西省退化生态系统修复与流域生态水文重点实验室，江西 南昌 330099)

大气氮沉降是近几十年全球变化的研究焦点之一。氮素在自然界中的存在形式有两种：非活性氮和活性氮。活性氮是反应性氮，自然过程中通过闪电和生物固氮作用转化成含氮化合物，然后通过沉降或是直接被植物吸收等方式进入生态系统[1]。随着工业化的发展，人类活动如化石燃料燃烧、生物肥料使用和畜牧业的快速发展等向大气排放了大量的活性氮化合物，大大增加了大气氮沉降中的氮素含量，从而影响到自然界中的氮循环过程及陆地生态系统[1-2]，同时也在一定程度上影响着人类的生活环境。土壤是人类和动植物赖以生存的物质基础，土壤养分是植物生长所必需的能直接或间接被植物根系吸收利用的矿质营养成分，氮沉降的增加对土壤养分也造成了一系列的影响。笔者主要从土壤养分的角度，分析土壤中碳、氮、磷含量及土壤养分有效性、土壤盐基离子含量对氮沉降的响应，综述氮沉降对土壤养分的影响。

1 氮沉降对土壤碳、氮、磷的影响

土壤有机碳库是土壤肥力和环境质量的重要特征[3]，也是陆地碳库的重要组成部分。据统计，土壤有机碳库含量是大气碳库的3倍之多[4]。齐玉春等[3]关于温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降响应的研究表明，施氮4年不同施氮量处理对土壤表层总有机碳含量与溶解性有机碳含量均没有显著影响，在试验的后两年外源氮的增加对土壤总有机碳含量呈现出一定的促进作用(与对照差异不显著)，而这种现象在施氮处理的前两年并未发生。这与SILVEIRA et al.[5]研究发现外源氮的增加在短期内对草原生态系统土壤总有机碳含量没有影响的结论一致。在关于森林生态系统土壤有机碳对氮沉降响应研究方面，樊后保等[6]发现随着施氮水平的增加，土壤有机碳含量呈现下降的趋势。而HUANG Zhiqun et al.[7]和刘建才[8]关于森林生态系统土壤有机碳的研究则显示外源氮的增加使土壤有机碳含量增加，且沉降的氮更容易被碳氮比相对较低的生态系统所固定[7]。苏兵强[9]在关于杉木人工林土壤养分的研究中发现低氮处理促进土壤碳含量的增加，高氮处理则起抑制作用。因此，关于氮沉降对土壤碳的吸收究竟是起促进作用还是阻碍作用仍存在很大的争议[10]。

氮和磷是限制植物生长的主要因子。在植物组织中，氮磷比低于14∶1表示氮限制，而高于16∶1则表示磷限制，且氮的饱和会降低植物组织对磷等其他营养成分的获取和利用[11]。周纪东等[12]在对内蒙古温带草原土壤的研究中发现，随着施氮强度的增加，土壤中全氮的含量基本保持不变，而土壤中全磷的含量逐渐减少。刘建才[8]在对典型阔叶红松林土壤的研究中也发现，模拟氮沉降处理两年时氮沉降在总体上对土壤全氮含量没有显著影响。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]，土壤中全磷含量随着氮沉降量的增加而减少。这可能是由于氮沉降的增加提高了土壤磷的有效性，促进了植物对磷的吸收，从而减少了土壤全磷的含量[14]。

2 氮沉降对土壤养分有效性的影响

土壤养分有效性是影响植物生长状况的重要因素。氮、磷、钾是土壤养分的重要组成部分，有效磷、有效钾和有效氮在一定程度上反映了土壤养分的有效性。齐玉春等[3]研究发现，土壤有效氮含量随着施氮强度的增加而增加，并且这种影响在土壤表层尤为显著。同时，氮沉降显著增加了土壤有效磷含量，且随着氮沉降量的增加有效磷含量也增加[3,13]。刘建才[8]在关于典型阔叶林土壤的研究中则发现，施氮浓度处于低等或中等水平时，施氮处理能显著增加土壤有效磷含量，而高浓度施氮会导致土壤有效磷含量降低；并且随着氮沉降量的增加，土壤总有效磷和有效钾含量均呈现下降趋势[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，促进了植物对磷的吸收从而使土壤中有效磷含量降低[17]。然而也有研究表明，模拟氮沉降对阔叶林、混交林、人工幼林和马尾松林土壤有效磷和有效钾的含量影响并不显著[18]。

3 氮沉降对土壤盐基离子的影响

土壤盐基离子是反映土壤肥力的重要指标，能使土壤向碱性一侧移动，在缓和土壤酸化和调节土壤养分方面发挥着重要作用。土壤盐基离子主要以Ca2+和Mg2+为主，所占比例平均为71.6%和22.9%，K+和Na+所占比例较低，仅为3.3%和2.2%[19]。

在土壤盐基离子中，K+是一种容易淋失的盐基离子。许多研究表明，氮沉降量的增加会使土壤中K+的含量降低[16-17]。同时，Ca2+、Mg2+和Na+含量也随着氮沉降水平的增加呈下降趋势。也有研究发现，低浓度氮处理会使土壤中交换性K+、Na+、Ca2+、Mg2+含量增加，而高浓度氮处理则起抑制作用，使这4种盐基离子含量减少[20]。总体来说，随着氮沉降量的增加，土壤盐基离子呈先增加后降低趋势[20]。这可能是由于氮沉降增加了土壤活性氮的含量，促进了土壤酸化，进而导致了土壤中盐基离子的淋失，使土壤中盐基离子含量降低[19-20]。而在关于森林土壤的相关研究中，李秋玲等[18]发现外源性氮输入对土壤中盐基离子Ca2+、Mg2+和K+含量的影响并不显著，对Na+含量的影响则比较明显，即氮沉降使得土壤中盐基离子Na+含量明显下降。

4 结束语

目前，中国已经成为继美国和欧洲之后的全球第三大氮沉降区，大气氮沉降所带来的养分已经成为中国农田和自然生态系统的养分资源，相当于每年氮肥使用量的60%[21]。因此，了解土壤养分对氮沉降的响应机制，可以充分利用氮沉降所带来的养分，避免或减轻其负面的影响，这对于实现中国农田及自然生态系统可持续发展具有重要意义。