增温、施氮对中亚热带杉木林土壤可溶性有机质的影响*

焦宏哲李 欢陈 惠鲍 勇孙 颖杨玉盛司友涛†

增温、施氮对中亚热带杉木林土壤可溶性有机质的影响*

焦宏哲1，2，李 欢1，2，陈 惠1，2，鲍 勇1，2，孙 颖1，2，杨玉盛1，2，司友涛1，2†

（1. 福建师范大学地理科学学院，福州 350007；2. 湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地，福州 350007）

受人类活动的影响，1880—2012年，全球地表平均温度约提高0.85 °C；同时，1980—2010年间我国大气氮沉降以0.41 kg·hm–2的速率逐年增加。全球变暖和大气氮沉降将通过影响环境因子变化进而影响土壤可溶性有机质（DOM，Dissolved organic matter）。为探究增温和施氮对DOM数量及其结构的影响，选取我国中亚热带杉木人工林土壤进行增温以及施氮试验，试验设对照（CT，0 kg·hm–2·a–1）、增温（W，+5℃，0 kg·hm–2·a–1）、高氮（HN，80 kg·hm–2·a–1）、低氮（LN，40 kg·hm–2·a–1）、增温×高氮（WHN，+5℃，80 kg·hm–2·a–1）、增温×低氮（WLN，+5℃，40 kg·hm–2·a–1）6种处理。结果表明，与CT相比，W处理的土壤可溶性有机碳（DOC，Dissolved organic carbon）和可溶性有机氮（DON，Dissolved organic nitrogen）增加，但其芳香性指数和腐殖化程度低，这很可能是由于增温促进了土壤有机质（SOM，Soil organic matter）向DOM的转化。季节通过影响土壤环境，对施氮后的土壤DOM结构有不同影响：干季（2015年1月）时，施氮使DOM含量增加，其芳香性指数显著升高；雨季（2015年4月）时，施氮处理的土壤DOM含量升高，但其芳香性指数和腐殖化程度呈下降趋势。在增温和施氮的交互作用下DOM含量达到最高，其结构相对简单。除了温度和氮含量的直接影响外，RDA（冗余分析）表明，土壤含水量和pH也是决定土壤DOM变化的重要因子。增温和施氮均可以降低土壤pH，使得SOM更容易向DOM转化。增温会加速植物残体和SOM向DOM的溶解过程；施氮会通过促进植物生长，增加土壤DOM的含量。

增温；氮添加；杉木人工林；可溶性有机质

土壤有机质（SOM，Soil organic matter）在全球碳循环中扮演着十分重要的角色[1]。其中，可溶性有机质（DOM，Dissolved organic matter）虽然占SOM的比例小于5%，却具有周转速度快、活性高的特性。土壤DOM主要来自地表凋落物的淋溶、根系分泌物、残根分解和固相SOM的分解转化。同时，土壤DOM可能在不同土层间发生迁移，甚至会迁移到生态系统之外，也有可能被微生物分解利用、被土壤颗粒吸附，这些过程均会降低土壤DOM的含量[2]。因此，DOM不仅影响生态系统的物质循环和能量流动，而且在调节森林生态系统各养分库的平衡方面起重要作用。

根据IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）在2013年发布的第五次评估报告[3]，1880—2012年，全球地表平均温度约提高0.85℃。同时，大气氮沉降强度不断增加，19世纪60年代人类活动产生的N为15 Tg·a–1，20世纪90年代早期增至156 Tg·a–1，预计2050年将增至270 Tg·a–1[4]。气候变暖和大气氮沉降会通过影响森林初级生产力调控植物向土壤输入有机碳的过程，也会通过改变土壤温度、pH等环境因子改变微生物对SOM的分解转化过程，并最终改变SOM。在这些过程中，DOM是外源输入新鲜有机质库、本底SOM库和微生物可利用的能量和养分库之间的桥梁。因此DOM能敏感地反映气候变暖和氮沉降对SOM的影响[5]。

有研究表明[6]，土壤可溶性有机碳（DOC，Dissolved organic carbon）的含量与温度呈正比，这可能是因为增温使微生物活性增强，促进了土壤有机质的周转，从而使DOM含量增加[7]。然而，MacDonald等[8]发现增温对土壤DOC含量没有影响。Camino-Serrano等[9]则发现增温后DOM整体呈下降趋势。施氮与DOM含量的关系亦不确定。如，在美国科罗拉多研究发现施氮促进土壤DOC含量增加，这可能是因为长期施肥会促进土壤有机质储量的增加，进而增加土壤DOC含量[10]。Rappe-George等[11]研究发现施氮对土壤DOM无显著影响。而Zak等[12]认为施氮能够抑制微生物及酶的活性，从而导致DOM含量的减少。

过去研究表明[13]，增温会使土壤微生物分解速率加快，增加土壤腐殖质成分和高芳香碳化合物。Nguyen和Choi等[14]研究发现施氮对土壤DOM腐殖化指数影响不明显，常单娜等[15]认为施氮肥会使土壤DOM芳香化指数和腐殖化指数升高，而Hagedorn等[16]却发现施氮会使土壤DOM中芳香化合物减少。显然，增温和施氮对土壤DOM的影响十分复杂，其影响机制还不甚清楚，仍需要更多的探索。尤其是鲜有研究从DOM的结构入手分析DOM的来源和分解状态，并以此来解释DOM的含量。

我国亚热带被称为“回归带上的绿洲”，森林生物资源丰富，自然条件优越。由于南方山地开发和商品林基地建设，大面积的常绿阔叶林被改造成杉木人工林，约占我国南方森林面积的1/3[17]。现有的增温和氮沉降开展的相关控制试验多集中于中高纬度温带地区[18-20]，亚热带地区高温高湿，有机质周转速度快，增大了DOM淋溶和损失的风险，亚热带森林对气候的响应可能比温带森林更加脆弱。因此，在亚热带森林开展增温和施氮对了解全球气候变化背景下该地区森林生态系统结构和功能的变化具有极大的理论和现实意义。本研究在杉木幼林设置增温和施氮多因子试验平台，利用紫外-可见光谱（UV-Vis）、荧光光谱（FS）等技术探讨DOM的含量及化学结构对增温和施氮的响应，以期深入了解全球气候变化对森林生态系统碳、氮循环的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于福建三明森林生态系统与全球变化野外观测研究站陈大观测点（26°19″ N，117°36″ E）。该地平均海拔300 m，属中亚热带季风气候，年均温17～19.4℃，年均降水量1 749 mm，年均蒸发量1 585 mm，相对湿度81%。土壤为黑云母花岗岩发育的红壤。

1.2 试验设计

试验所选样地为杉木幼林地。设对照（CT）、增温（W，+5℃）、高氮（HN，80 kg·hm–2·a–1）、低氮（LN，40 kg·hm–2·a–1）、增温×高氮（WHN）、增温×低氮（WLN）6种处理，每个处理3个小区（重复），共18个2 m×2 m的小区。小区土壤取自附近成熟杉木林，按0～10、10～20、20～70 cm将土壤分层取回，剔除粗根、石块和其他杂物，再分层混合均匀，按20～70、10～20、0～10 cm的顺序重填回试验小区，同时采用压实法调整土壤容重与原位土壤容重接近，以消除土壤异质性。小区四周隔入焊接的4块PVC板（200 cm×70 cm），防止小区之间相互干扰。

于2013年10月在所有小区内平行布设加热电缆，深度为10 cm，间距为20 cm，且在小区最外围环绕一周，保证样地增温的均匀性。2013年11月，每个2 m×2 m小区种植4棵1年生杉木幼苗，所选幼苗地径为3 cm左右，高度25 cm左右，杉木位置均处于两条电缆线之间。2014年3月同时开展增温和施氮试验：在W、WHN和WLN三种处理下的9个小区电缆通电增温（始终较对照高5℃）；在HN、LN、WHN和WLN小区内，按照氮水平要求，每月将每个小区所需要喷洒的NH4NO3溶解在800 mL去离子水中，用手提式喷雾器从幼苗林冠上方对小区均匀喷洒，全年分12次模拟氮沉降。对照小区喷洒等量的去离子水，以减少因外加水而造成的影响。

1.3 样品采集与分析

于2015年1月（干季）和2015年4月（雨季）采集土壤样品，每次采样均在各个小区按S型布设5个土壤取样点，采集0～10 cm的土壤。样品带回室内后，去除碎屑、砂砾以及植物根系，再将每块小区中的5个取样点土样混合成一个样品，过2 mm筛。一部分用于测定土壤基本理化性质，另一部分用于提取DOM。

土壤DOM的提取采用水浸提法。称取15 g鲜土于50 mL离心管中，加入30 mL去离子水（水土比为2︰1，V︰W），振荡30 min后4 000 r·min–1离心10 min，再用0.45 μm滤膜过滤，滤液中的有机物即为土壤DOM。

土壤pH用CHN868型pH计测定，水土比为2.5︰1。土壤含水量采用烘干法测定。土壤总有机碳及土壤全氮用碳氮元素分析仪（Elementar Vario EL III，Elementar，German）测定。DOM中DOC和DON（可溶性有机氮，Dissolved organic nitrogen）含量分别采用有机碳分析仪（TOC-VCPH，Shimadzu，Kyoto，Japan）和连续流动分析仪（Skalar San++，Netherlands）测定。DOM溶液在254 nm处的吸光度值用紫外-可见光分光度计（UV-2450，Shimadzu，Kyoto，Japan）测定，利用254 nm处吸收值和DOC含量计算芳香性指数（Aromaticity Index，AI），AI =（UV254/DOC）× 100[21]。荧光光谱采用日立荧光光谱仪（F7000，Hitachi，Tokyo，Japan）测定，激发和发射光栅狭缝宽度为5 nm，扫描速度为1 200 nm·min–1，荧光同步波长范围为250～500 nm。为提高灵敏度，荧光光谱测定前使用2 mol·L–1盐酸将所有待测液的pH调成2。荧光同步光谱腐殖化指数（Humification index，synchronous mode，HIXsyn）为荧光同步光谱中波长460 nm与345 nm处荧光强度的比值[22-23]。

1.4 数据处理

用Excel 2013和SPSS 22.0软件进行数据处理。采用单因素方差分析和独立样本t检验比较同一取样时间下不同处理间或不同取样时间下同一处理间的土壤理化性质、DOM含量及其光谱学特征值的差异性；采用双因素方差分析检验增温、施氮对各指标的影响；采用Canoco Software 5.0 软件以土壤DOM为响应变量，同时以土壤理化性质为解释变量做冗余分析（RDA）。图表由Excel和Origin完成。

2 结 果

2.1 增温、施氮及其交互作用对土壤理化性质的影响

1月时，与CT相比，HN和LN处理的含水量分别显著下降了15.5%、14.7%（表1）；其他5种处理的土壤pH显著小于CT；各处理间C/N无显著差异。4月时，土壤经W、HN、LN、WHN和WLN处理后，土壤含水量均显著降低；W、WHN和WLN处理的pH显著低于CT。1月时同种处理的土壤含水量总体高于4月；同时HN、LN和WLN三种处理的pH值低于4月。方差分析表明，1月时增温和施氮对土壤含水量无显著影响（表2）；但增温和施氮对土壤pH的作用显著。4月时增温、施氮对土壤含水量和pH均有显著影响。

2.2 增温、施氮及其交互作用对土壤DOM含量的影响

1月时，WHN和WLN处理显著增加土壤DOC含量；HN、LN、WHN和WLN处理显著提高DON含量（图1）。4月时，与CT相比，其他5种处理的DOC含量显著升高，其中WHN处理的DOC最高；除WLN外其他处理的DON显著高于CT。4月同种处理的DOC含量与1月相比呈增加趋势；4月W处理的DON含量相比1月呈增加趋势，但HN、LN、WHN和WLN处理的DON含量呈下降趋势。方差分析表明，1月和4月时，增温、施氮、增温和施氮的交互作用对土壤DOC、DON含量的作用显著（表2）。

2.3 增温、施氮及其交互作用对土壤DOM的芳香性指数的影响

1月时，W处理的AI显著低于CT；而HN和LN处理的AI显著升高，分别为CT处理的2.6倍、2.1倍。4月时，HN、LN、WHN和WLN的AI显著低于CT。与1月相比，4月W的AI呈增加趋势，但HN、LN、WHN和WLN的AI呈下降趋势（图2）。方差分析表明，1月时增温、施氮、增温和施氮的交互作用对芳香性指数作用显著，4月时仅施氮对芳香性指数有显著影响（表2）。

2.4 增温、施氮及其交互作用对土壤DOM荧光同步光谱特征的影响

1月时，与CT相比，其他5种处理的HIXsyn显著降低。4月时，仅LN处理的HIXsyn值显著低于对照。从1月到4月，各处理的HIXsyn值总体呈下降趋势（图3）。方差分析表明，1月时增温、施氮、增温和施氮的交互作用对HIXsyn作用显著（表2）。

2.5 增温和施氮对土壤DOM影响的RDA分析

以土壤DOM为被解释变量，以土壤理化性质为解释变量，分别对2015年1月（图4A）和2015年4月（图4B）的土壤DOM进行冗余分析（RDA）。图4A中，第一轴和第二轴共解释了土壤DOM变异的64.37%；其中pH、含水量分别解释了55.6%和8.7%，说明二者对1月的土壤DOM含量和结构起重要作用。图4B中，两轴共同解释4月土壤DOM变化的55.33%；含水量、pH分别解释了变异的37.6%和17.8%。

表1 各取样时间下不同处理的土壤性质

注：CT，对照；W，增温；HN，高氮；LN，低氮；WHN，增温×高氮；WLN，增温×低氮。下同。不同大写字母表示不同时间下同一处理间差异显著，不同小写字母表示同一时间下不同处理间差异显著（<0.05）；结果表示为平均值±标准差（=3）。Note：CT，Control；W，Warming；HN，High nitrogen-addition；LN，Low nitrogen-addition；WHN，Warming and high nitrogen-addition；WLN，Warming and low nitrogen-addition. The same below. Different capital letters indicate significant difference between sampling times，and different lowercase letters indicate significant difference between treatments（<0.05）；data are means±SD（=3）.

表2 增温、施氮对土壤性质、DOM含量及结构的影响的方差分析

注：W，增温；N，施氮；W×N，增温和施氮的交互作用；SOC，土壤有机碳；STN，土壤全氮；DOC，可溶性有机碳；DON，可溶性有机氮；AI，芳香性指数；HIXsyn，荧光同步光谱腐殖化指数。Note：W stands for warming；N for nitrogen addition；W×N for interactive effect of warming and nitrogen addition；SOC for soil organic carbon；STN for soil total nitrogen；DOC for dissolved organic carbon；DON for dissolved organic nitrogen；AI for aromaticity index；HIXsynfor humification index of synchronous mode；ns，0.05；*，<0.05；**，<0.01；***，<0.001.

注：图中误差线为标准差（n=3）。不同大写字母表示不同时间下同一处理间差异显著，不同小写字母同一时间下不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。Note：Error bars stand for standard deviations（n=3）. Different capital letters indicate significant difference between sampling times，different lowercase letters indicate significant difference between treatments（P<0.05）. The same below.

图2 各取样时间下不同处理间土壤DOM的芳香性指数

3 讨 论

3.1 增温和施氮对土壤理化性质的影响

增温和施氮对土壤理化性质的影响主要体现在土壤含水量和pH两方面。

增温提高土壤温度，加速土壤水分蒸发；施氮促进植物生长，使植物从土壤中汲取更多的水分；二者均能使土壤含水量降低。增温和施氮在4月对土壤含水量的影响似乎比1月更明显，具体表现为：虽然4月是雨季而1月是干季，但整体上4月的土壤含水量低于1月。很可能是因为1月气温较低，增温后仍不足以明显促进水分蒸发，且不是植物的生长季，植物所吸收的土壤水分很少；而4月气温较高，增温后水分蒸发明显加快，且此时正是生长季，施氮促进了植物生长从土壤中获取水分的速度。此外，4月时其他5种处理的土壤含水量均显著低于CT，也证明此时增温和施氮对土壤含水量影响显著。

图3 各取样时间下不同处理间土壤DOM的荧光同步光谱特征

注：A，2015年1月；B，2015年4月；CT1，2，3，对照；W1，2，3，增温；HN1，2，3，高氮；LN1，2，3，低氮；WHN1，2，3，增温×高氮；WLN1，2，3，增温×低氮；M，土壤含水量；DOC，可溶性有机碳；DON，可溶性有机氮；AI，芳香性指数；HIXsyn，荧光同步光谱腐殖化指数。Note：CT1，2，3，Control；W1，2，3，Warming；HN1，2，3，High nitrogen-addition；LN1，2，3，Low nitrogen-addition；WHN1，2，3，Warming and high nitrogen-addition；WLN1，2，3，Warming and low nitrogen-addition；M，Moisture；DOC，Dissolved organic carbon；DON，Dissolved organic nitrogen；AI，Aromaticity index；HIXsyn，Humification index of synchronous mode.

3.2 增温和施氮对土壤DOM含量和结构的影响

增温后土壤pH下降，导致土壤颗粒表面电荷减少，SOM和土壤颗粒的结合力下降，SOM受到的物理保护减弱，更容易被微生物利用或者被土壤水溶液所溶解[28]；同时，由于有机质的溶解过程往往是吸热过程，所以温度升高会直接促进植物残体和SOM向DOM的溶解转化过程[29]。同一时间点，W处理DOM的AI和HIXsyn低于CT，说明结构相对简单的小分子量物质在DOM中的比例上升，且微生物分解产物的比例相对较小，这些均证明了增温会促进植物残体和SOM向DOM的转化（图5的过程III）。由于DOM是微生物最容易利用的能量和养分源，增温后微生物的活性增加，所以增温后微生物对SOM的分解速率亦加快[30]，SOC、STN有减少的趋势（表1）。4月W处理的DOM含量与CT相比显著增加（图1），且W处理在4月的DOC/SOC显著高于1月（表1）；可能因为1月平均温度（10℃）较低，增温对植物残体和SOM的活化作用不明显，而4月平均温度为18℃，增温后效果更显著[31]。

图5 DOM产生和消耗的主要途径

1月，增温和施氮对DOM的含量和结构有显著的交互作用。而在4月，虽然增温和施氮的交互作用对DOM的含量有显著影响，但对DOM的结构并无显著影响；事实上只有施氮显著影响了4月DOM的AI（表2）。这说明在温度较高的生长季，施氮后土壤DOM大多都来自植物体，而增温会加速植物有机质向DOM的转化。

冗余分析显示，pH和土壤含水量均是显著影响土壤DOM含量和结构的因子（图4，图5的过程III），但是其背后的影响机理并不相同。pH对DOM的影响是直接的，即：土壤pH下降，导致土壤颗粒表面电荷减少，SOM和土壤颗粒的结合力下降，SOM受到的物理保护减弱[23]，更加容易转化为DOM，所以pH与DOC、DON的含量呈负相关的关系（DOC、DON与pH的夹角大于90°，图4）。然而土壤含水量对DOM的影响似乎只是“表观”上的，这一点可由以下几方面看出。第一，理论上土壤含水量越多越有利于SOM的溶解，DOC的含量应该与土壤含水量成正比；但是本研究发现，同种处理4月的土壤含水量低于1月的含水量，同时4月DOC的含量要高于1月（图1），即整体上土壤含水量与DOC的含量呈负相关关系（图4）。由此推断，增温对植物残体和SOM的活化以及施氮对植物生长的促进才是DOC增加的真正原因。第二，在1月，pH的作用大于土壤含水量（图4A），而在4月土壤含水量的作用大于pH（图4B）。之所以表观上4月土壤含水量的作用更大，恰恰是因为此时气温较高，增温的效果较1月显著，水分蒸发加快，对有机质的活化作用更强，并且4月是植物的生长季，施氮通过调节植物生长提高了新鲜有机质向土壤的输入速度并使植物吸收更多的土壤水分；表观上使得土壤含水量和DOM含量的负相关关系更明显。

4 结 论

增温和施氮均可以降低土壤pH，使得SOM更容易向DOM转化。由于有机质在土壤溶液中溶解大都是吸热的，所以增温还会加速植物残体和SOM向DOM的溶解过程；而施氮则还能通过促进植物生长增加土壤DOM的含量。增温和施氮对土壤DOM的影响表现出明显的季节差异，说明未来全球变暖和氮沉降加剧所带来的影响会因不同地区本底条件的差异而有所不同。增温和施氮及其交互作用对土壤DOM的含量及结构的影响还有待深入研究，未来应将其他因素的影响机制考虑进来，才能更好地揭示气候变化对土壤碳氮循环的影响。

［ 1 ］ Batjes N H. Total carbon and nitrogen in the soils of the world[J]. European Journal of Soil Science，1996，47（2）：151—163.

［ 2 ］ Wang L，Ying R R，Shi J Q，et al. Advancement in study on adsorption of organic matter on soil minerals and its mechanism[J]. Acta Pedologica Sinica，2017，54（4）：805—818. [王磊，应蓉蓉，石佳奇，等. 土壤矿物对有机质的吸附与固定机制研究进展[J]. 土壤学报，2017，54（4）：805—818.]

［ 3 ］ IPCC. Summary for policymakers//Climate change 2013：The physical science basis. Contribution of working Group I to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. Cambridge：Cambridge University Press，2013.

［ 4 ］ Liu X J，Zhang Y，Han W X，et al. Enhanced nitrogen deposition over China[J]. Nature，2013，494（7438）：459—462.

［ 5 ］ Scott E E，Rothstein D E. The dynamic exchange of dissolved organic matter percolating through six diverse soils[J]. Soil Biology & Biochemistry，2014，69：83—92.

［ 6 ］ Liechty H O，Kuuseoks E，Mroz G D. Dissolved organic carbon in northern hardwood stands with differing acidic inputs and temperature regimes[J]. Journal of Environmental Quality，1995，24（5）：927—933.

［ 7 ］ Zhang J S，Tao S，Cao J. Spatial distribution pattern of water soluble organic carbon in Eastern China[J]. Acta Pedologica Sinica，2001，38（3）：308—314. [张甲珅，陶澍，曹军. 中国东部土壤水溶性有机物含量与地域分异[J]. 土壤学报，2001，38（3）：308—314.]

［ 8 ］ MacDonald N W，Randlett D L，Zak D R. Soil warming and carbon loss from a Lake States Spodosol[J]. Soil Science Society of America Journal，1999，63（1）：211—218.

［ 9 ］ Camino-Serrano M，Gielen B，Luyssaert S，et al. Linking variability in soil solution dissolved organic carbon to climate，soil type，and vegetation type[J]. Global Biogeochemical Cycles，2014，28（5）：497—509.

［ 10 ］ Fröberg M，Grip H，Tipping E，et al. Long-term effects of experimental fertilization and soil warming on dissolved organic matter leaching from a spruce forest in Northern Sweden[J]. Geoderma，2013，200/201：172—179.

［ 11 ］ Rappe-George M，Gardenas A I，Kleja D B. The impact of four decades of annual nitrogen addition on dissolved organic matter in a boreal forest soil[J]. Biogeosciences，2012，10（3）：1365—1377.

［ 12 ］ Zak D R，Pregitzer K S，Burton A J，et al. Microbial responses to a changing environment：Implications for the future functioning of terrestrial ecosystems[J]. Fungal Ecology，2011，4（6）：386—395.

［ 13 ］ Kalbitz K，Schmerwitz J，Schwesig D，et al. Biodegradation of soil-derived dissolved organic matter as related to its properties[J]. Geoderma，2003，113（3/4）：273—291.

［ 14 ］ Nguyen H V M，Choi J H. Changes in the dissolved organic matter leaching from soil under severe temperature and N-deposition[J]. Environmental Monitoring and Assessment，2015，187（6）：1—15.

［ 15 ］ Chang D N，Cao W D，Bao X G，et al. Long-term different fertilizations changed the chemical and spectrum characteristics of DOM of the irrigation-desert soil in north-western China[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis，2016，36（1）：220—225. [常单娜，曹卫东，包兴国，等. 西北灌漠土长期不同施肥改变土壤可溶性有机质的化学及光谱学特性[J]. 光谱学与光谱分析，2016，36（1）：220—225.]

［ 16 ］ Hagedorn F，Blaser P，Siegwolf R. Elevated atmospheric CO2and increased N deposition effects on dissolved organic carbon—clues from δ13C signature[J]. Soil Biology & Biochemistry，2002，34（3）：355—366.

［ 17 ］ Piao S L，Fang J Y，Ciais P，et al. The carbon balance of terrestrial ecosystems in China[J]. Nature，2009，458（7241）：1009—1013.

［ 18 ］ Xu X K，Han L，Luo X B，et al. Effects of nitrogen addition on dissolved N2O and CO2，dissolved organic matter，and inorganic nitrogen in soil solution under a temperate old-growth forest[J]. Geoderma，2009，151（3/4）：370—377.

［ 19 ］ Li Q，Bai H H，Liang W J，et al. Nitrogen addition and warming independently influence the belowground micro-food web in a temperate steppe[J]. PLoS One，2013，8（3）：e60441. DOI：10.1371/journal.pone.0060441.

［ 20 ］ Gill R A. The influence of 3-years of warming and N-deposition on ecosystem dynamics is small compared to past land use in subalpine meadows[J]. Plant and Soil，2014，374（1/2）：197—210.

［ 21 ］ Weishaar J L，Aiken G R，Bergamaschi B A，et al. Evaluation of specific ultraviolet absorbance as an indicator of the chemical composition and reactivity of dissolved organic carbon[J]. Environmental Science & Technology，2003，37（20）：4702—4708.

［ 22 ］ Zsolnay A，Baigar E，Jimenez M，et al. Differentiating with fluorescence spectroscopy the sources of dissolved organic matter in soils subjected to drying[J]. Chemosphere，1999，38（1）：45—50.

［ 23 ］ Fissore C，Giardina C P，Kolka R K，et al. Temperature and vegetation effects on soil organic carbon quality along a forested mean annual temperature gradient in North America[J]. Global Change Biology，2008，14（1）：193—205.

［ 24 ］ Sun D D，Li Y J，Zhao W Q，et al. Effects of experimental warming on soil microbial communities in two contrasting subalpine forest ecosystems，eastern Tibetan Plateau，China[J]. Journal of Mountain Science，2016，13（8）：1442—1452.

［ 25 ］ Li D D，Li Y J，Liang J，et al. Responses of soil micronutrient availability to experimental warming in two contrasting forest ecosystems in the Eastern Tibetan Plateau，China[J]. Journal of Soils and Sediments，2014，14（6）：1050—1060.

［ 26 ］ Ren F，Zhou H K，Zhao X Q，et al. Influence of simulated warming using OTC on physiological–biochemical characteristics ofin alpine meadow on Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Acta Ecologica Sinica，2010，30（3）：166—171.

［ 27 ］ Chen D M，Li J J，Lan Z C，et al. Soil acidification exerts a greater control on soil respiration than soil nitrogen availability in grasslands subjected to long-term nitrogen enrichment[J]. Functional Ecology，2016，30（4）：658—669.

［ 28 ］ Oades J M. The retention of organic matter in soils[J]. Biogeochemistry，1988，5（1）：35—70.

［ 29 ］ Li H，Yang Y S，Si Y T，et al. Effects of experimental soil warming and precipitation reduction on the quantity and structure of soil dissolved organic matter ofplantations in subtropical China[J]. Acta Ecologica Sinica，2018，38（8）：2884—2895. [李欢，杨玉盛，司友涛，等. 模拟增温及隔离降雨对中亚热带杉木人工林土壤可溶性有机质的数量及其结构的影响[J]. 生态学报，2018，38（8）：2884—2895.]

［ 30 ］ Rustad L，Campbell J，Marion G，et al. A meta-analysis of the response of soil respiration，net nitrogen mineralization，and aboveground plant growth to experimental ecosystem warming[J]. Oecologia，2001，126（4）：543—562.

［ 31 ］ Yuan S，Yang Z J，Yuan X C，et al. Effects of precipitation exclusion and warming on soil soluble carbon and nitrogen in a youngplantation[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2018，29（7）：2217—2223. [袁硕，杨智杰，元晓春，等. 降雨隔离和温度增加对杉木幼林土壤可溶性碳氮的影响[J]. 应用生态学报，2018，29（7）：2217—2223.]

［ 32 ］ Berg B，Matzner E. Effect of N deposition on decomposition of plant litter and soil organic matter in forest systems[J]. Environmental Reviews，1997，5（1）：1—25.

Effects of Soil Warming and Nitrogen Addition on Soil Dissolved Organic Matter ofPlantations in Subtropical China

JIAO Hongzhe1, 2, LI Huan1, 2, CHEN Hui1, 2, BAO Yong1, 2, SUN Ying1, 2, YANG Yusheng1, 2, SI Youtao1, 2†

(1. School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China; 2. Cultivation Base of State Key Laboratory of Humid Subtropical Mountain Ecology, Fuzhou 350007, China)

As affected by anthropogenic activities, such as greenhouse agriculture that emits greenhouse gases, the global mean surface temperature rose by about 0.85 °C over the period of 1880—2012; and nitrogen deposition in China increased significantly by 0.41 kg·hm–2with each passing year over the period from 1980 to 2010. In the context of global warming, soil dissolved organic matter (DOM) attracts more and more attention due to its important role affecting global carbon and nitrogen balance, which is of great significance to the ecological environment. This study aims to investigate effects of soil warming and nitrogen addition on content and structure of soil DOM in the soil ofplantations in subtropical China.In 2014—2015, a mesocosm field experiment was carried out in aplantations in subtropical China. The experiment was designed to have six treatments, that is, (1) CT(no warming and 0 kg·hm–2·a–1); (2) W(+5℃, 0 kg·hm–2·a–1); (3) HN(no warming and 80 kg·hm–2·a–1); (4) LN(no warming and 40 kg·hm–2·a–1); (5)WHN (+5℃and 80 kg·hm–2·a–1); and (6) WLN, (+5℃and 40 kg·hm–2·a–1).Soil samples were collected in January 2015(dry season)and April 2015(rainy season), separately for analysis of DOM.Results show that soil warming increased the content of DOM, but decreased its aromaticity index and humification index, which might be attributed to the effect of high temperature promoting conversion of SOM (soil organic matter)into DOM. The impact of nitrogen addition on DOM structure showed a seasonal pattern. In the dry season, addition of nitrogen increased both the content and aromaticity index of DOM, while in the rainy season, it increased the content of DOM, but reduced its aromaticity and humification index significantly. Under the joint effect of high temperature and nitrogen addition, the DOM peaked in content and got simpler in structure. Besides the direct impacts of temperature and nitrogen content, soil moisture and pH were also key factors cotrolling DOM dynamics as revealed by RDA (redundancy analysis).Based on the findings of the experiment, it could be concluded that 1) Both warming and application of nitrogen affect soil pH, thus making it easier for SOM to convert into DOM. Since the dissolution of organic matter in soil solution is mostly endothermic, warming accelerates the dissolution of plant residues and SOM into DOM; while nitrogen addition can also increase soil DOM content by promoting plant growth. 2) The effects of warming and nitrogen addition on soil DOM show a strong seasonal pattern, indicating that the influences of future global warming and nitrogen deposition will vary with environment conditions from region to region. Hence, more experiments should be done to further explore impacts of warming, nitrogen addition and their interaction on soil DOM, and some other environmenatl variables should be taken into account to attain a more profound comprehension of carbon and nitrogen cycling under a changing global climate.

Warming; Nitrogen addition;; Dissolved organic matter

S714

A

10.11766/trxb201904160078

焦宏哲，李欢，陈惠，鲍勇，孙颖，杨玉盛，司友涛. 增温、施氮对中亚热带杉木林土壤可溶性有机质的影响[J]. 土壤学报，2020，57（5）：1249–1258.

JIAO Hongzhe，LI Huan，CHEN Hui，BAO Yong，SUN Ying，YANG Yusheng，SI Youtao. Effects of Soil Warming and Nitrogen Addition on Soil Dissolved Organic Matter ofPlantations in Subtropical China[J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（5）：1249–1258.

* 国家自然基金面上项目（31570606）和福建省自然科学基金面上项目（2019J01282，2015J01120）资助Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 31570606）and the Natural Science Foundation of Fujian Province，China（Nos. 2019J01282，2015J01120）

，E-mail：yt.si@fjnu.edu.cn

焦宏哲（1994—），女，河南新乡人，硕士研究生，主要从事森林生态研究。E-mail：928187501@qq.com

2019–04–16；

2019–06–19；

优先数字出版日期（www.cnki.net）：2019–10–15

（责任编辑：卢 萍)