1、短期增温对内蒙古大青山油松人工林土壤净氮矿化速率的影响李依倩，张晓璞，马秀枝，李长生，郝晨阳，田 泓，吴 昊，梁 芝（内蒙古农业大学林学院，内蒙古呼和浩特；呼和浩特市气象局，内蒙古呼和浩特；内蒙古自治区气象干部培训学院，内蒙古呼和浩特）摘要 利用顶盖埋管法，研究短期模拟增温（年）对大青山油松人工林（）土壤的铵化、硝化及氮矿化速率的影响。结果表明：模拟增温显著提高了各层土壤温度，其中、土层土壤温度分别增加了、，、土层土壤湿度分别较 减少了、，土层增加。增温处理下 土层土壤碱解氮和全氮含量较 分别增加了和，土层土壤的全氮、有机碳含量分别增加了、。增温处理下土壤净氮矿化速率呈现季节单峰曲线变化趋势，
2、月达到峰值。模拟增温使 土层土壤的铵化速率和硝化速率分别降低了、，土层降低了、，表层和下层土壤的净氮矿化速率分别降低了 和。增温处理下，随着土壤深度的增加，土壤湿度降低，这是导致土壤净氮矿化速率降低的主要原因。关键词 模拟增温；油松人工林；氮矿化；温带森林中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，），（），；基金项目 内蒙古自然科学基金项目（）。作者简介 李依倩（），女，内蒙古鄂尔多斯人，硕士研究生，研究方向：森林保护学（森林生态）。通信作者，教授，博士，从事全球变化生态学研究。收稿日期 氮是植物生长发育至关重要的元素，氮元素更多以的有机氮形式存在于土壤中，而
3、有机氮需要转化为可溶性的无机氮才能被吸收利用，这一单向转化过程称为土壤氮矿化过程。土壤氮素的矿化是反映土壤供氮能力的重要因素之一，因此土壤氮矿化过程是决定森林生态系统结构与功能的重要过程。影响氮矿化形成过程的因素较多，如土壤温度和湿度，土壤微生物活性及环境因子。温度和湿度影响则更为明显，研究表明，在 氮矿化速率与温度的相关性较弱。等研究发现，在 时，氮矿化速率增大，时没有显著相关性。在低温状态下，氮的硝化速率与温度成正比，高温状态则相反。陈瑞等在研究中发现增温会抑制杉木林土壤净矿化作用，对净硝化速率无影响。李旸等在夜间模拟增温研究中发现增温加快了土壤氮矿化速率，降低了硝化速率。等研究发现，增温
4、对土壤净氮矿化速率影响不大，在冬季增温净氮矿化速率是对照的 倍。等模拟增温研究发现，试验进行的前 土壤硝态氮的含量显著下降，之后增加。大青山位于内蒙古自治区呼和浩特市，是内蒙古中部重要的森林生态系统，也是整个土默特平原最大的生态屏障，对内蒙古中部的生态安全有着不可估量的意义。随着全球气温的上升，内蒙古近 年来平均每 年增温，陈丽霞对大青山的碳氮及微生物群落动态研究发现，季节和树种能显著影响碳氮微生物量，土壤微生物量碳氮含量与土壤微生物丰度显著正相关；白静在对大青山人工油松林的研究中发现，直径、树高近似正态分布，各层的生物量组分表现为乔木层枯落物层林下植被层；郝晨阳在大青山通过模拟增温发现生长季
5、土壤碳氮含量均有所降低，但均不显著。增温改变了土壤氮矿化原有的平衡速率，对整个大青山的森林生态系统稳定产生了极大的不确定性。笔者以内蒙古大青山油松人工林（）为研究对象，拟揭示在增温条件下土壤氮矿化的变化趋势，旨在为该区域温带森林生态系统土壤养分管理及森林经营提供理论依据。材料与方法 研究区概况 研究区位于阴山山脉中段乌素图国家森林公园附近，地理坐标为，海拔 ，属大陆性半干旱季风气候，年平均气温 ，春秋 安徽农业科学，（）：，气候干旱，夏季降水居多，冬季气温干燥寒冷，积雪少，年降水量 。主要植物有油松（）、白扦（）、青扦（）、侧柏（）、虎榛子（）、绣线菊（）。试验地选取 试验开始于 年 月，使用
6、开顶式生长室（，）人工模拟的增温装置。选择地势平坦、环境良好的地方固定好 作为试验样地。是聚碳酸酯（板，透光率）为材料的八面体装置，上下底面和高的直径分别为、。试验样地基本情况：树种为油松人工林，海拔 ，树龄 年，坡度，阴坡，胸径为 ，树高 ，枝下高 ，东西冠幅，南北冠幅 ，郁闭度。试验设计 设置对照（，）、增温（，）个处理，共计 个重复，个，共 个试验小区。安装 多通道温湿度检测器对大青山油松人工林土壤温湿度（、）和空气温湿度（）进行全年动态观测，频率为 次。试验方法 顶盖埋管法测定土壤氮矿化速率，不同试验小区每 选 个土壤培养点（月），取土样前清理地表杂物，选 个 管的下端削尖，将其中 根
7、用透气不透水的封口膜封住，原位培养 。将另 根管内的土取出，封装后将土样分成 份，用 过筛后 份进行无机氮的测定，另 份用于土壤理化性质的测定。土壤氮的净氮矿化、铵化、硝化速率计算公式：土壤净氮矿化速率（土壤培养后 ）（土壤初始 ）培养天数土壤硝化速率（培养后 初始）培养天数土壤铵化速率（培养后 初始）培养天数室内土壤分析包括土壤湿度、土壤有机碳、全氮含量及土壤常规理化性质的测定。土壤含水量用烘干法测定，土壤容重采用环刀法测定，土壤 采用便携式酸度计（）测定，碱解氮含量用碱解蒸馏法测定，有机碳含量采用重铬酸钾浓硫酸外加热法测定，土壤全氮含量采用半微量凯氏法测定，土壤铵态氮（）和硝态氮（）含量采
8、用 溶液浸泡随机提出后用连续流动分析仪测定。数据分析 数据处理采用差异分析和相关性分析，采用 绘制成表。差异分析：单因素方差分析增温对土壤理化性质的影响，研究不同处理方法和不同土层间的各种元素数据差异。相关性分析：分析增温对土壤理化性质和土壤铵化、硝化、氮矿化速率的影响。结果与分析 增温对土壤温度的影响 模拟增温试验中，增温处理和、和 土层土壤温度变化规律一致，大致呈非对称双峰曲线（图）。年 月至 年 月土壤温度随土层深度增加而升高；但在 年 月气温有所回升时，表层土壤（）温度最高，深层土壤（）温度最低。初期增温（年 月至 年 月）对 和 土层土壤温度影响较大，土层土壤温度次之，土层图 年模拟
9、增温对土壤温度的影响 卷 期 李依倩等 短期增温对内蒙古大青山油松人工林土壤净氮矿化速率的影响土壤温度最低。在生长季（月）气温持续升高使土壤温度呈先升高后降低的趋势。与 相比，土层增温处理平均提高 ，增温处理下 土层土壤温度在 年 月增温变化幅度最大，达 ，试验稳定后，年 月增温处理下土壤温度较 增加 。土层土壤温度在增温处理下平均提高 ，年 月土壤温度在增温处理下变化幅度最大，年 月较上年同期变化幅度下降，年 月土壤温度的增温幅度表现为 土层大于 土层，其余月份则相反。土层土壤温度在增温处理下平均提高.，年 月土壤增温幅度表现为 土层大于 土层，其余月份则相反。年 月在增温处理下 土层土壤温
10、度变化最大，为 ，各月土壤增温幅度 土层均低于 土层。增温对土壤湿度的影响 从图 可知，模拟增温试验中 个处理下、和 土层土壤湿度变化规律基本一致，大致呈非对称单峰曲线，在、土层增温处理的土壤湿度小于，在 土层土壤湿度变化则相反。与 相比，增温处理 土层土壤湿度平均减少.，在 年 月增温处理对 土层土壤湿度影响最大，此时峰值为；整体上，土壤湿度增温处理相比 下降了。相比，土层土壤湿度在增温处理下平均减少了，年、月和 年、月增温处理土壤湿度大于，其余月份则相反，差值变化范围在.，月出现峰值。总体上，土壤湿度增温处理较 下降了。相比，土层土壤湿度在增温处理下平均减少了，年 月，增温处理对 土壤湿度
11、影响最大，生长季减少峰值为。整体上，土壤湿度增温处理比 下降了，增温对 土层土壤湿度的影响比 和 土层更显著。相比，土层土壤湿度在增温处理下平均增加了，月出现峰值为。增温处理的土壤湿度比 升高了，与、相比，增温对 土壤湿度没有影响。图 年模拟增温对土壤湿度的影响 增温对土壤化学性质的影响从图 可见，和 土层增温处理的土壤、碱解氮、有机碳、全氮含量、均高于。土层土壤，增温处理（）大于（），较 高，二者间差异不显著（）；土层土壤，增温处理（）大于（），增温处理比 高.，且二者间存在显著差异（）。这说明 土层土壤的淋溶作用强，土层土壤盐碱程度偏高。而 土层土壤碱解氮表现为增温 处 理（）大 于 （）
12、（.），增温处理比 高；在 土层土壤碱解氮表现为增温处理（）大于（）（），增温处理比 高。土层土壤有机碳表现为增温处理（）大于（），增温处理比 高；土层土壤有机碳增温处理（）大于（），增温处理比 高（.）。土 层 土 壤 全 氮 含 量 表 现 为 增 温 处 理（）大 于 （.），增 温 处 理 比 高 安徽农业科学 年.；在 土层表现为增温处理（）大于（），增温处理比 高，个土层的增温处理和 间均存在显著差异（）。土层土壤 表现为（）大于（），增温处理比 高；土层土壤 表现为增温处理（）大于（），增温处理比 高，个处理相同土层间差异不显著（）。注：不同小写字母表示处理间差异显著（）。：（）
13、图 模拟增温对土壤化学性质的影响 增温对土壤铵化速率的影响从图 可见，和 土层，增温处理和 的土壤铵化速率整体呈减小增大减小的变化趋势，铵化速率由高到低依次为、月。土层，月（生长季初期）土壤的铵化速率表现为增温处理大于，生长季 月表现为增温处理小于，月二者间不存在显著差异（），月二者差值最大，且二者间存在显著差异（）。月增温处理和 之 间 的 差 值 分 别 为 、.（）。与 相比，增温处理 月上升，月下降，月下降，月下降。月土壤铵化速率增温处理的变化量为 （），的变化量为 （）。增温处理增温期土壤铵化速率变化范围在 （）。土壤 土层，月的土壤铵化速率表现为增温处理大于，月 个处理间土壤铵化速
14、率相同（.），、月的铵化速率表现为增温处理小于，月增温处 理 和 的 差 值 分 别 为 、（），整体不存在显著差异（）。月土壤铵化速率增温处理的变化量为 （），的变化量为 （）。月增温处理较 上升，月下降，月下降，月无变化。增温处理 土 层 土 壤 铵 化 速 率 变 化 范 围 在 （）。增温对土壤硝化速率的影响 从图 可见，土层土壤硝化速率呈增大减小趋势，月平均土壤硝化速率表现为增温处理小于，月增温处理下降为负值，月逐渐上升，月达到最大值后开始下降。月 和增温处理的差值分别为、（）。月土壤硝化速率增温处理的变化量为 （），的变化量为 （）。与 相比，增温处理 月下降，月下降，月下降，月下
15、降。增温处理整个生长季土壤硝化速率变化范围在 .（）。土层土壤硝化速率呈增大减小增大趋势。、月土壤硝化速率表现为增温处理大于（），、月硝化速率几乎一致，月 个处理的差值分别为 、（），且二者间不存在显著差异（）。月土壤硝化速率增温处理的 变 化 量 为 （），的 变 化 量 为 （）。与 相比，增温处理 月上升，、月几乎无变化，月下降。增温处理土壤硝化速率变化范围在 （）。卷 期 李依倩等 短期增温对内蒙古大青山油松人工林土壤净氮矿化速率的影响 增温对土壤净氮矿化速率的影响 从图 可见，和 土层土壤净氮矿化速率 月均呈增大减小趋势，各土层土壤净氮矿化速率表现为 土层大于 土层。土层土壤净氮矿化
16、速率 月出现负值，且增温处理高于，其余月份则低于，月达到最大值。月 个处理的差值分别为 、（），整体上不存在显著差异（）。月增 温 处 理 的 土 壤 净 氮 矿 化 速 率 的 变 化 量 为 （），的变化量为 （）。与 相比，增温处理 月上升，月下降，月下降，月下降。土壤净氮矿化速率变化范围在 （），整体上，增温处理较 下降。注：不同小写字母表示处理间差异显著（）。：（）图 模拟增温对土壤铵化速率的影响 注：相同小写字母表示处理间差异不显著（）。：（）图 模拟增温对土壤硝化速率的影响 注：相同小写字母表示处理间差异不显著（）。：（）图 模拟增温对土壤净氮矿化速率的影响 安徽农业科学 年 在 土层，和 月的土壤净氮矿化速率表现为增温处理大于，和 月表现为增温处理小于，月差值分别.、（），整体上不存在显著差异（）。月增温处理土壤净氮矿化速率的变化量为 （），的变化量为 （）。与 相比，月上升，月下降，月上升，月下降。整体上，土壤净氮矿化速率变化范围在 （），增温处理较 下降。讨论一般情况下，温度和湿度均与净氮矿化速率呈正相关，该研究结果表明：温度会促进土壤氮矿化速率。随着土壤温度的升高
