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模拟氮沉降对高黎贡山自然公园中山湿性常绿阔叶林土壤有效氮含量的影响

2019-12-30李雪娟乔璐唐宗英张文静李雯郑希赵士杰车丽莎付磊昌

绿色科技 2019年22期

李雪娟 乔璐 唐宗英 张文静 李雯 郑希 赵士杰 车丽莎 付磊昌

摘要:于2017年7~11月,对黎贡山中山湿性常绿阔叶林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照、低氮、中氮和高氮,定期用采集土样测定土壤中的NH4+-N和NO3--N。结果表明:2017年7~11月,土壤中NH4+-N和NO3--N含量在部分样地中增高;1号样地中除了NO处理无变化以外,其余N5、N15、N30的土壤中NH4+-N和NO3--N含量均增高;2号样地中,N5处理的NH4+-N含量增加,其余均不变或降低,N5和N15处理的NO3--N含量均增高,NO和N30的均降低。

关键词:中山湿性常绿阔叶林;土壤有效氮含量;模拟氮沉降

中图分类号:X142 文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2019)22-0033-03

1 引言

自19世纪70年代工业革命以来人类活动对大气环境的不断影响,煤炭、石油等化石燃料的燃烧、森林砍伐,大气中的含氮化合物激增并引起大气氮沉降也成比例增加[1,2],氮沉降已经成为全球氮循环的一个重要组成部分[3],氮沉降作为驱动因子势必改变森林生态系统氮循环,尤其是土壤氮素转换的速度、方向和通量,土壤中有效氮主要以铵态氮和硝态氮形式存在,它们是植物从土壤中吸收氮素的主要形态,直接影响着土壤的氮素供给能力。

国外对森林生态系统氮素循环方面的研究工作开展得比较早,近30年欧洲和北美有关氮沉降及其对森林生态系统的影响方面的研究较多,例如,欧洲NIT-REX(Nitrogen Saturation Experiments)研究项目涉及到7个国家8个研究站点的10项试验研究EXMAN(Experimental Manipulation of Forest Ecosystems inEurope)项目也涉及到4个国家6个研究站点[4,5]。我国对于氮素的研究以农田生态系统为主,近年来森林生态系统土壤中氮素转化过程也日益成为人们关注的热点[6~8]。方运霆等[9]在亚热带森林生态系统针对土壤有效氮含量的基本动态研究结果表明,土壤有效氮含量不但具有明显的季节性变化,而且不同林分样地之间差异显著[9]。闫聪微等[6]通过野外模拟试验比较不同氮沉降水平对亚热带针叶(杉木)和阔叶(浙江桂、罗桴栲)森林土壤中可溶性氮含量的影响,结果表明:施氮3d后,随着施氨水平的提高,土壤尤其是杉木林土壤中的可溶性有机氮含量增加,然而3个月后,施氮影响趋缓甚至相反[6]。然而也有研究表明,增加氮沉降量抑制森林土壤氮素净矿化通量[10]或没有影响[11]。由此可见,大气氮沉降对森林生态系统中土壤有效氮的含量和转化的影响仍有很大的不确定性。

高黎贡山位于中缅交界地带,其特有的中山湿性常绿阔叶林在如何应对全球气候变化,生物多样性及其生态功能的响应状况是目前研究的焦点之一。目前暂无该区域大气氮沉降增加与土壤有效氮含量响应的研究,因此在高黎贡山开展森林生态系统土壤有效氮含量对氮沉降的响应研究,能为氮沉降对森林生态系统土壤氮的有效性、氮素转化影响及其调控机理提供基础数据,也为后续研究氮沉降对高黎贡山中山湿性常绿阔叶林森林生态系统结构与功能影响及其机理打下基础。

2 材料和方法

2.1 研究地基本概况

研究地位于高黎贡山国家级自然保护区赧亢管理站管辖范围内的实验区(24°49′N,98°46′E;海拔2050m)。该地区的气候类型我国西部型季风气候的暖性湿润型,年平均温为13.2℃,年均降雨量在1000mm以上。土壤类型为黄棕壤。植被类型为中山湿性常绿阔叶林,以香叶树(Lindera communis),红木荷(Schemawallichii),青冈(Cyclobalanopsis glauca),扭子果(Ardisia virens)等组成。

2.2 试验设计

在高黎贡山赧亢管理站管辖范围高黎贡山自然公园内设置2块样地,每塊样地中建立8个5m×5m的样方,每个样方之间设>5m宽的缓冲带。采用人工喷洒NH4CI溶液模拟大气氮沉降处理,共有4个水平,空白对照NO(0g N/(m2·a))、低氮N5(5gN/(m2·a))、中氮N15(15gN/(m2·a))和高氮N30(30gN/(m2·a》.每个水平2个重复,将年施用量平均分成12等分,将各处理水平所需NH4Cl溶解至1L水中,从2016年12月开始,每月下旬用喷雾器在各水平样方中来回均匀喷洒,空白对照只喷洒水,半年后开始测定土壤中有效氮含量。

2.3 土壤有效氮含f的测定

(1)硝态氮NO3--N:《森林土壤氮的测定》(LY/T1228-2015中硝态氮的测定-连续流动分析法)。

(2)铵态氮NH4+-N:《森林土壤氮的测定)(LY/T1228-2015中铵态氮的测定-连续流动分析法)。

3 结果与分析

3.1 不同氮处理土壤铵态氮的变化

由图1可知,通过施氮处理以后,到2017年7~11月,土壤中铵态氮的含量有一定的增高,该结果在1号样地的N30、N15、N5、N0这4个氮处理浓度上的变化规律均相似;但在2号样地上,除了N5处理的铵态氮浓度增加外,NO基本不变,N15、N30的铵态氮浓度反而下降,这和闫聪微等[6]及其他学者的研究结果类似,增加氮沉降量抑制森林土壤氮素净矿化通量[10]或没有影响[11],森林生态系统土壤有效氮的转化对氮沉降增加的响应仍然有很大的不确定性,仍需进一步长期定点连续监测(表1)。

3.2 不同氮处理土壤硝态氮的变化

由图2可知,通过施氮处理以后,到2017年7~11月,土壤中硝态氮的含量有一定的增高,该结果在1号样地的N30、N15、N5、N0这4个氮处理浓度上的变化规律均相似;但在2号样地上,只有N5、N15处理的铵态氮濃度增加外,NO N30的硝态氮浓度反而下降,这也说明由于观测时间的局限,森林生态系统土壤有效氮的转化对氮沉降增加的响应仍然有很大的不确定性,仍需进一步长期定点连续监测(表2)。

4 结论

通过2016年12月施氮处理以后,到2017年7月、11月,土壤中NH4+-N和NO3--N含量在部分样地中增高;1号样地中除了NO处理无变化以外,其余N5、N15、N30的土壤中NH4+-N和NO3--N含量均增高;2号样地中,N5处理的NH4+-N含量增加,其余均不变或降低,N5和N15处理的NO3-N含量均增高,NO和N30的均降低,特别是N30处理的硝态氮含量反而降低,鉴于目前暂无类似研究结果,其原因有待进一步研究,以上结果也进一步说明森林生态系统土壤有效氮的转化对氮沉降增加的响应仍然有很大的不确定性,仍需后续的长期定点连续监测。

参考文献:

[1]KAISER J.The other global pollutant:nitrogen proves tough tocurb[J].Science,2001(294):1268~1269.

[2]GALLOWAY J N,ABER J D,ERISMAN J W,et al.The Nitro-gen Cascade[J].Bioscience,2003(53):341~356.

[3]GALLOWAY J N,TOWNSEND A R,ERISMAN J W,et al.Transformation of the nitrogen cycle:recent trends,questions,andpotential solutions[J].Science,2008(320):889~892.

[4]Wright R F,Rasmussen L.Introduction to the NITREX and EX-MAN projects[J].Forest Ecology and Management,1998(101):1~7.

[5]Gundersen P,Emmett B A,Kjonaas O J,et al.Impact of nitrogendeposition on nitrogen cycling in forest:a synthesis of NITREX da-to[J].Forest Ecology and M anagement,1998(101):37~55.

[6]闫聪微,马红亮,高人,等.模拟氮沉降对中亚热带森林土壤中可溶性氮含量的影响[J].环境科学研究,2012,25(6):678~684.

[7]陈仕东,马红亮,高人,等.高氮和NO2-对中亚热带森林土壤N2O/NO产生的影响[J].土壤学报,2013,50(1):123~132.

[8]马红亮,王杰,高人,等.施用铵态氮对森林土壤硝态氮和按态氮的影响[J].土壤,2011,43(6):910~916.

[9]方运霆,莫江明,GUNDERSE P,等.森林土壤氮素转换及其对氮沉降的响应[J].生态学报,2004,24(7):1524~1531.

[10]Jussy JH,Colin Belgrand M,Dambrine E,et al.N deposition,Ntransformation and N leaching in acid forest soils[J].Biogeo-chemistry,2004(69):241~262.

[11]Gundersen P.Effects of enhanced nitrogen deposition in a spruceforest at Klosterhede,Denmark,examined by moderate NH4 N03addition[J].Forest Ecology and Management,1998(101):251~268.

收稿日期:2019-09-26

基金项目:云南省教育厅科学研究基金指导性项目(编号2017ZDX137)

作者简介:李雪娟(1981-),女,讲师,硕士,研究方向为环境监测、环境污染控制技术。