氮沉降对香榧林地土壤理化性状及植株性状的影响

高雅迪，胡渊渊，吴家胜

(浙江农林大学 省部共建亚热带森林培育国家重点实验室，浙江 杭州 311300)

大气氮沉降是指人类活动产生的活性氮进入大气后，通过降水等一系列途径从大气中又沉降回到陆地或海洋生态系统的过程，是N素循环的重要环节[1]。我国现已成为欧美之后的第三大氮沉降区域[2]，年平均氮沉降量已达21.1 kg·hm-2，其中东南区域最为严重，高达35.6 kg·hm-2[3]。尤其值得关注的是，有研究预计，今后热带亚热带地区将成为全球大气氮沉降最严重的区域[4]。

香榧(Torreyagrandiscv.merrilii)为裸子植物，是榧树(TorreyagrandisFort. ex Lindl)中经过无性繁殖的优良栽培品种类型[5]，也是我国山地重要的经济树种，发源地与主产地均在浙江会稽山区[6]。香榧种仁作为极具营养价值的坚果，含有丰富的蛋白质、粗纤维、脂肪酸和多种维生素[5,7]。在本研究检索范围内，大量的有关氮沉降的研究主要集中在植物生产力、温室气体排放和土壤微生物等方面[8-10]，关于氮沉降对果实发育影响的研究鲜见报道。在氮沉降持续升高的背景下，明确长期氮沉降对香榧林土壤元素、叶片元素和种仁品质的影响，对于促进香榧生态栽培和保证香榧产业的持续健康发展兼具理论和实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于浙江省杭州市临安区於潜镇振大苗木场(30°10′N，119°22′E)，为土质疏松、排水良好的山坡地。香榧林种植于2001年，林分密度为1 400株·hm-2，香榧树平均地径为16.2 cm，平均树高为3.8 m，平均树龄为19 a。采用统一的田间管理，一年施肥2次：3月中旬施入速效肥，促进新梢和雌球花发育； 9月中旬采果以后施用化肥和有机肥，为第2年生长积累养分。

1.2 处理设计

2015年4月开始试验，设置2个处理：对照(CK)和人工模拟氮沉降处理(30 kg·hm-2·a-1，记为N30)。处理方法参考Williams等[11]和Sarathchandra等[12]，具体做法如下：N30以4 m×4 m为一个样方面积，从2015年5月开始每月月初按照设置的氮沉降量，将对应的NH4NO3溶解于蒸馏水中，用背式喷雾器从树冠上方均匀喷洒在样方内；CK的样方内喷洒等量的蒸馏水。每个处理样树有3个重复。

1.3 样品采集

1.3.1 土样采集

在香榧种子收获后，即2018年9月下旬采集土样。在每株树冠地面的投影面积，距树干50～70 cm处于东、西、南、北4个方位采集表层(0～20 cm)土样，混合后装入1个干净的塑料密封袋内，带回土壤风干室。

1.3.2 叶片和种实采集

取样高度选择距地1.5 m处，在香榧树的外围，从东、西、南、北4个方向分别采集当年生枝条2个。同一株香榧的叶片混合装袋。将样品带回实验室，80 ℃烘至恒重，粉碎、过筛后供化学分析使用。待种实成熟期(2018年9月10日)，随机选取60粒种实，用于形态指标测定和种仁品质测定。

1.4 测定方法

1.4.1 土壤理化性质测定

土壤pH测定：用1 mol·L-1KCl浸提，液土体积质量比2.5∶1，振荡30 min后，用pH计测定悬浊液pH值。土壤全氮采用凯氏定氮法测定，碱解氮采用镉柱还原法测定，全磷采用(HClO4-H2SO4浸提)钼蓝比色法测定，速效磷采用NH4F-HCl法测定，速效钾采用1 mol·L-1中性醋酸铵提取-原子吸收分光光度法测定，总有机碳采用重铬酸钾氧化-外加热法测定。详细方法参考鲁如坤[13]。

1.4.2 叶片元素测定

叶片氮含量采用凯氏定氮法测定，磷含量采用钼锑抗比色法测定，钾、镁、钙、锰、锌含量直接用乙炔空气火焰的原子吸收分光光度计(M6型，Thermo Fisher Scientific)测定。具体方法参考董鸣[14]。

1.4.3 香榧种实大小形态与种仁品质测定

待种实成熟期(2018年9月10日)，随机选取20粒种实，用游标卡尺测量每粒种实的长度(L)、宽度(W)，并用电子天平称量鲜重，精确到0.001 g。用刀片取下假种皮后，放置于105 ℃烘箱中杀青40 min，再65 ℃烘24 h至恒重，称量干重，精确到0.001 g。

参考郝再彬等[15]的方法测定含油率。用液氮将种子研磨后，放入65 ℃的烘箱烘干，滤纸在使用之前先烘1 h并进行称量，取烘干后样品约4 g，用烘干后的滤纸包好，再进行烘干操作。之后，称量滤纸与样品烘干后的总重。用30～60 ℃石油醚提取8～10 h，用旋转蒸发仪分离石油醚与油，油放入4 ℃冰箱保存，用于脂肪酸组分测定，样包放入65 ℃烘箱烘干后进行称量，计算含油率。淀粉和可溶性总糖的测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法，具体方法参考孔祥生等[16]。

1.5 数据分析

所有数据采用SPSS 16.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤养分的影响

从表1可知，与CK相比，N30处理下香榧林土壤的pH值和速效钾含量显著降低，总有机碳含量显著增加，碱解氮、全氮、速效磷和全磷含量均无显著变化。

表1 不同处理下香榧林地土壤养分的变化

2.2 对叶片营养元素的影响

从表2可知，与CK相比，N30处理下香榧当年生叶片的钾含量显著降低，镁、锌含量显著增加，而氮、钙、锰、磷含量均无显著变化。

表2 不同处理下香榧当年生叶片主要元素含量的变化

2.3 对种实表观形态的影响

从表3可知，与CK相比，N30处理下香榧种实的纵径、横径和体积均显著降低，每粒香榧种实的鲜重显著降低了18.7%，每粒种仁的鲜重、干重分别显著降低了26.8%和26.7%。

表3 不同处理下香榧种实表观形态的变化

2.4 对种仁品质的影响

从表4可知，与CK相比，N30处理下香榧种仁中的可溶性糖含量显著增加，但含油率、淀粉含量和可溶性蛋白含量无显著变化。

表4 不同处理下香榧种仁品质的变化

3 讨论

钾在促进果实发育、提高产量、增进品质、增强植物抗逆性等方面均具有十分重要的作用，因此，有“品质元素”之称[21-22]。速效钾是最能直接反映土壤供钾能力的指标，和植物钾含量往往有比较好的相关性。研究表明，氮沉降处理下的土壤速效钾含量显著降低，且随氮沉降时间的延长降幅增大[23]。本研究结果显示，与CK相比，N30处理下香榧林地土壤中的速效钾和香榧当年生叶片中的钾含量均显著降低，而且N30处理的香榧种实显著小于CK，表明长期氮沉降加速土壤中速效钾的淋失，影响香榧种实的发育。