施氮肥模拟氮沉降对油松天然次生林土壤特性的短期影响

赵宇

(山西省国有林场和种苗工作总站，山西 太原 030012)

1 试验地概况

研究地区位于吕梁市离石区吴城镇，海拔1 300～1 700 m，年平均气温6.58 ℃，年降水量500 mm左右，无霜期160 d。土壤多为淋溶褐土。主要植被有油松(Pinustabuliformis)、白桦(Betulaplatyphylla)、山杨(Populusdavidiana)等。

2 研究内容与方法

2.1 试验地设置与标准地概况

试验地选在吕梁市离石区吴城镇萝卜沟内油松天然次生林。林地海拔1 400～1 600 m。氮沉降处理采用喷施NH4NO3方式进行，在选定的林分中分别设置9块试验标准地，标准地面积20 m×30 m，标准地之间的间隔距离不小于10 m。喷施NH4NO3设3个水平[3]：对照(0 gm-2a-1)、低氮(8 gm-2a-1)、高氮(15 gm-2a-1)，每个水平下随机设置3个样方。将年NH4NO3施用量在生长期(5—9月)内，按月平均施用。施用时将NH4NO3晶体溶解在 20 L 水中，均匀喷洒在样方中。对照样方则喷洒相同数量的清水。喷洒前标准地土壤属性概况见表1。

表1 喷洒前样方0～20 cm层土壤属性

2.2 研究方法

2.2.1 土壤取样与处理 在样方内随机选择5个点，移除凋落物后采集0～10、10～20 cm两层土壤样品，采样后将植物残根以及石子等杂物剔除，装入密封塑料袋尽快带回实验室，保存于0～4 ℃冰箱待测。分析土壤铵态氮、硝态氮、全氮、有机碳含量等土壤属性指标差异、变化趋势。

2.2.2 土壤样品分析测定 对野外采集的土样及时进行分析，分别测定土壤全氮、铵态氮、硝态氮含量3个指标。其中，铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量用新鲜土样测定，分别用2 molL-1KCL浸提—靛酚蓝比色法 (Dorich HA et al.，1983)和酚二磺酸比色法 (APHA，1998) 测定；土壤pH、有机碳以及全氮用风干后的土样，分别采用pH计、K2Cr2O7外加热法和凯氏定氮法测定。

3 结果与分析

对照样地和不同施氮量样地的方差分析(表2)表明：在0～10 cm土层中，对照样地、低氮施肥量和高氮施肥量的土壤铵态氮含量的均值分别为2.43、3.27和4.52 mgkg-1，各处理与对照样地相比，分别提高了34.6%，86%。在10～20 cm土层中，铵态氮均值分别为1.89、1.92和1.69 mgkg-1，与对照样地相比，低氮施肥量样地提高了1.6%，高氮施肥量样地降低了10.5%。同一块样地0～10 cm土层和10～20 cm土层中土壤铵态氮含量差异均显著(P<0.05)。同一土层不同样地0～10 cm差异显著(P<0.05)；10～20 cm样地间差异不显著(P>0.05)。

表2 土壤硝态氮、铵态氮、全氮、有机碳含量及pH的变化及其方差分析

对照样地和不同施氮量样地的方差分析表明：在0～10 cm土层中，对照样地、低氮施肥量和高氮施肥量的土壤硝态氮含量的均值分别为3.28、4.49和3.67 mgkg-1，与对照样地相比，分别提高了36.9%，11.9%。；在10～20 cm土层中，均值分别为2.22、2.24和2.71 mgkg-1，与对照样地相比，分别提高了0.9%，22.1%。同一块样地低氮施肥量和高氮施肥量样地0～10 cm土层和10～20 cm土层中土壤硝态氮含量差异均显著(P<0.05)，而对照样地均差异不显著。对同一土层不同样地而言，0～10 cm土层中，低氮施肥量与高氮施肥量和对照样地差异显著(P<0.05)，而高氮施肥量与对照样地间差异不显著(P>0.05)；10～20 cm样地间差异均不显著(P>0.05)。

对照样地和不同施氮量样地的方差分析表明：在0～10 cm土层中，对照样地、低氮施肥和高氮施肥的土壤全氮含量的均值分别为1.54、1.36和1.15 mgkg-1，与对照样地相比，分别降低了11.78%，25.3%。；在10～20 cm土层中，均值分别为1.21、1.14和1.01 mgkg-1，与对照样地相比，分别降低了5.8%，16.5%。同一块样地0～10 cm土层和10～20 cm土层中土壤全氮含量差异均显著(P<0.05)。同一土层不同样地0～10 cm土层中，对照样地与低氮施肥和高氮施肥差异显著(P<0.05)，而低氮施肥与对照样地间差异不显著(P>0.05)；10～20 cm样地间差异均不显著(P>0.05)。

对照样地和不同施氮量样地的方差分析表明：在0～10 cm土层中，对照样地、低氮施肥和高氮施肥的土壤有机碳含量的均值分别为16.72、17.23和15.73 mgkg-1，与对照样地相比，低氮施肥样地提高了3.1%，高氮施肥样地降低了5.9%；在10～20 cm土层中，均值分别为11.69、12.13和11.28 mgkg-1，与对照样地相比，低氮施肥样地提高了3.76%，高氮施肥样地降低了3.5%。同一块样地0～10 cm土层和10～20 cm土层中土壤有机碳含量差异均显著(P<0.05)。不同样地0～10 cm差异显著(P<0.05)；10～20 cm差异均不显著(P>0.05)。

对照样地和不同施氮样地的方差分析表明：在0～10 cm土层中，对照样地、低氮施肥和高氮施肥的土壤pH值分别为6.72、6.75、6.71，；在10～20 cm土层中，pH值分别为6.75、6.83、6.76。不论是同一块样地不同土层还是同一土层不同样地，pH差异均不显著(P>0.05)。

4 讨论与结论

通过人工模拟氮沉降探讨对土壤特性的短期影响，不同的施氮强度导致土壤不同层土壤肥力的改变。

(1)施氮后，不同土壤层中，土壤铵态氮和硝态氮含量均有不同程度增加。这可能是因为土壤中铵态氮和硝态氮主要来源于土壤有机物的矿化。外源氮素的输入可显著影响森林土壤的氮矿化速率[6]。

(2)施氮后，土壤全氮含量呈降低趋势。这可能与该地试验期间的气候条件有关，试验期间较好的土壤温湿条件促进了微生物活动和土壤的矿化作用，将土壤全氮中的有机态氮转化为利于植物吸收利用的无机态氮[7]。