劉志江,林偉盛,楊舟然,林廷武,劉小飛,陳岳民,*,楊玉盛

1 福建師范大學地理科學學院,福州 350007 2 福建師范大學濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地,福州 350007

模擬增溫和氮沉降對中亞熱帶杉木幼林土壤有效氮的影響

劉志江1,2,林偉盛1,2,楊舟然1,2,林廷武1,2,劉小飛1,2,陳岳民1,2,*,楊玉盛1,2

1 福建師范大學地理科學學院,福州 350007 2 福建師范大學濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地,福州 350007

以中亞熱帶杉木(Cunninghamialanceolata)幼苗為研究對象,設置埋設電纜以加熱土壤增溫(+5℃)結(jié)合模擬氮沉降的實驗,施氮水平分別為對照(CT,0 kg hm-2a-1)、施低氮(LN,40 kg hm-2a-1)和施高氮(HN,80 kg hm-2a-1),用離子交換樹脂袋法研究了土壤有效氮對模擬增溫和施氮的短期響應。經(jīng)過為期1a的研究,結(jié)果表明：土壤有效氮主要集中在夏冬季,而且硝態(tài)氮是土壤有效氮的主要存在形態(tài)；增溫顯著增加土壤有效氮含量(P<0.05),各月間的有效氮含量與氣溫和降雨量有關；總體來看,氮沉降顯著增加土壤有效氮含量(P<0.05),而且隨氮沉降水平的升高而增加。低氮處理下,大多數(shù)月份的土壤有效氮含量顯著增加,高氮處理下,各月的有效氮含量均顯著高于對照處理；增溫×氮沉降在各月間均顯著增加土壤有效氮含量(P<0.05),并隨氮沉降水平的升高而增加。而且,兩者的交互作用對有效氮的增幅顯著大于任一單一因子的作用。說明增溫和氮沉降兩者的交互作用對土壤有效氮的影響具有疊加效應。因此,增溫和氮沉降及其交互作用短期內(nèi)都會顯著增加土壤有效氮含量,為植物生長提供充足的養(yǎng)分。

增溫；氮沉降；有效氮；中亞熱帶

氮(N)是限制陸地生態(tài)系統(tǒng)植物生長的關鍵元素之一[1]。土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)氮素的主要載體,其中N含量通常超過陸地生態(tài)系統(tǒng)總N的90%[2]。而土壤中80%以上的氮不能被植物直接吸收利用,需要通過微生物的礦化作用轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮(NH4-N)和硝態(tài)氮(NO3-N)形式[3],才能被植物吸收利用。因此,N素可利用性限制著植物對土壤N養(yǎng)分利用效率,進而直接影響到陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[4]。近年來,N素有效性的研究也日益受到林學、生態(tài)學和土壤學等方面學者的重視[5]。

近百年來,由于大量含氮化肥的生產(chǎn)和使用,礦物燃料燃燒和農(nóng)牧業(yè)的快速發(fā)展等,人類活動向大氣中排放的含氮化合物日益增多,進而引起氮沉降比例增加,預計2050年大氣N沉降量將比2000年高出70%[6]。D′Orangeville 等[7]認為氮沉降并不會增加土壤有效氮,但也有研究認為氮沉降降低了土壤中的C/N比,加速了有機物的分解,促進養(yǎng)分釋放,從而使有效氮含量增加,而且隨氮沉降水平的增加而增加[8- 11]。IPCC第五次評估報告[12]指出,全球氣候變暖已是毋庸置疑的事實,1880—2012年全球平均溫度已升溫0.85℃(0.65—1.06℃),1885—1900年平均溫度和2003—2013年平均溫度相差0.78℃(0.72—0.85℃)。在過去的20年間,溫帶森林進行了很多長期增溫實驗,表明增溫能提高土壤有機氮的礦化和凈硝化速率[13- 14],從而為植物的生長提供更多的無機氮[15]。然而,過多的硝態(tài)氮也易造成淋溶損失,進而導致江、河、湖泊等水體氮富營養(yǎng)化及土壤酸化等生態(tài)環(huán)境問題。目前,增溫控制實驗主要集中在歐美中高緯度地區(qū)的草原、農(nóng)田及凍原、森林生態(tài)系統(tǒng),在30°N以南的低緯度地區(qū)還沒有野外增溫實驗[16- 17]。與歐美中高緯度地區(qū)不同的是,中亞熱帶地區(qū)降雨量大,溫度高,是典型的雨熱同期氣候,淋溶風險大,而且屬于N相對不缺乏的地區(qū),因此,N轉(zhuǎn)化過程對氣候的響應可能比中高緯度地區(qū)溫帶森林更加敏感,而我們對氣候變遷對中亞熱帶地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)影響的認識較少。

本研究位于福建省三明市的陳大林業(yè)國有林場,通過模擬增溫和氮沉降,研究土壤有效氮在增溫和氮沉降背景下的動態(tài)變化,旨在為森林管理經(jīng)營提供理論指導,同時為進一步研究全球氣候變化對土壤氮素影響提供基礎資料。

1 材料方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于福建師范大學大武夷常綠闊葉林野外定位站三明觀測點,金絲灣森林公園陳大林業(yè)國有林場內(nèi)(26°19′N,117°36′E)。平均海拔300 m,屬中亞熱帶季風氣候,年均氣溫19.1℃,年均降雨量1749 mm(主要集中在3—8月份),年均蒸發(fā)量1585 mm,相對濕度81%。土壤為黑云母花崗巖發(fā)育的紅壤。

1.2 實驗方法

1.2.1 土壤異質(zhì)性消除

實驗土壤在取回之前采用環(huán)刀法測定每層土壤的容重,然后土壤分層(0—10、10—20、20—30、30—40、40—50、50—60 cm)取回,剔除粗根、石塊和其他雜物后,土壤分層混合均勻,按50—60、40—50、30—40、20—30、10—20和0—10 cm重填回2 m×2 m實驗小區(qū)內(nèi),同時采用壓實法調(diào)整土壤容重與原位土壤容重接。具體操作過程及土壤容重見參考文獻[18]。

1.2.2 實驗設計

實驗小區(qū)面積為2 m×2 m,小區(qū)四周采用4塊PVC板(200 cm×70 cm深)焊接而成,與周圍土壤隔開,防止小區(qū)之間相互干擾。實驗設對照(CT)、低氮(LN)、高氮(HN)、增溫(W,+5℃)、增溫×低氮(WLN)和增溫×高氮(WHN)6種處理,每個處理5個重復。于2013年10月安裝加熱電纜(增溫和不增溫小區(qū)都布設相同電纜),平行布設,深度為10 cm,間距20 cm,并在最外圍環(huán)繞1圈,保證樣地增溫的均勻性。2013年11月,每個2 m×2 m小區(qū)種植4棵1年生杉木幼苗,所選杉木幼苗地徑為3 cm左右,高度在25 cm左右,杉木位置均處于兩條電纜線之間。電纜布設完成后5個月(2014年3月)開始通電增溫。

氮沉降處理：在布設好的小區(qū)內(nèi),按氮沉降量高低,分3種處理,從低到高分別記為CT (0 kg N hm-2a-1)、LN(40 kg N hm-2a-1)和HN(80 kg N hm-2a-1)表示,N添加采用NH4NO3(分析純),全年分12次均勻的施入模擬氮沉降,每月月初以溶液的形式對小區(qū)噴灑。按照處理水平要求,將每個小區(qū)每次所需要噴灑的NH4NO3溶解在800 mL去離子水中,用手提式噴霧器在小區(qū)四周人工來回從幼苗林冠上方處對小區(qū)均勻噴灑。對照小區(qū)噴灑等量的去離子水,以減少因外加水而造成對生物地球化學循環(huán)的影響。

1.3 樣品采集與測定

離子交換樹脂袋法最初應用于磷的測定,20世紀80年代后應用到N礦化過程研究中[6]。它主要通過測定樹脂吸附的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的量,進而估測N轉(zhuǎn)化速率,也可用于土壤有效N測定,是一種既簡單又較準確的方法,因此得到了廣泛應用[19-20]。實驗開始之前,準備大量的尼龍網(wǎng)袋(5 cm×10 cm),每袋稱重10 g樹脂(鈉型732陽離子,氯型717陰離子),然后手動縫紉好,保證樹脂不漏出,同時稱取5 g的樹脂用2 M的KCl溶液,按5∶1的液土比浸提銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。于2014年7月至2015年6月,每月月初將裝有樹脂的尼龍網(wǎng)袋隨機埋于樣地0—10 cm深處,并于當月月底取出,去除附在尼龍網(wǎng)袋上的根和土壤,立即帶回實驗室放進4℃冰箱內(nèi)保存。浸提時,稱取5 g樹脂用2 mol/L的KCl溶液按5∶1液土比浸提銨態(tài)氮和硝態(tài)氮,之后用連續(xù)流動分析儀(SKALAR SAN++,荷蘭)測定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。土壤銨態(tài)N是指單位干重樹脂(鈉型732陽離子)在單位時間內(nèi)從土壤中所吸附的銨態(tài)N量,單位為每克干樹脂每天吸附銨態(tài)N的量(μg d-1g-1干樹脂)；土壤硝態(tài)N是指單位干重樹脂(氯型717陰離子)在單位時間內(nèi)從土壤中所吸附的硝態(tài)N量；有效N(AN,μg d-1g-1干樹脂)=銨態(tài)N+硝態(tài)N。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)都在Excel 2007上處理,SPSS 19.0上統(tǒng)計分析,采用重復性雙因素方差分析法進行方差分析,用最小顯著差異法(LSD)對土壤有效氮的差異性進行進一步的檢驗(P<0.05),采用線性方程型函數(shù)擬合氣溫和降雨量與土壤有效氮的關系。在ORIGIN 9.0上作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫和降雨量的動態(tài)變化

圖1 研究期間各月份氣溫和降雨量 Fig.1 Monthly air temperature and precipitation during study period

從圖1可以看出,研究期內(nèi),年內(nèi)溫差大,降雨量分布嚴重不均勻,但氣溫和降雨量的動態(tài)趨勢一致,都呈“V”型。氣溫從2014年10月開始降低,到同年12月份達到最低(7.38℃)后開始升高。降雨量從2014年8月降低到同年10月份(3.70 mm)后開始增加,在次年5月達到最大值(457.70 mm),主要集中在3—8月,其間總降雨量為1387.7 mm,占全年降雨量的86.32%,其中5月份全月陰雨天。

2.2 增溫對土壤有效氮的影響

增溫和對照處理土壤銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N呈現(xiàn)的月動態(tài)趨勢相同,但大小差異較大(圖2)。在研究期間,CT處理的銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量分別為(4.79±0.49) μg d-1g-1干樹脂、(22.69±0.95) μg d-1g-1干樹脂和(27.48±1.24) μg d-1g-1干樹脂。經(jīng)增溫處理后,土壤銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量極顯著增加(表1),分別為(9.2±0.71) μg d-1g-1干樹脂(39.94±4.11) μg d-1g-1干樹脂和(49.89±5.18) μg d-1g-1干樹脂,增幅分別為92%、76%和82%。在溫度相對較低的冬春季(2014年12月—2015年6月),增溫處理顯著增加土壤有效氮含量(P<0.05),是同期CT處理的3.43倍,而在溫度相對較高的夏秋季,經(jīng)增溫處理后,土壤有效氮有略微增加的趨勢,但未達顯著水平。從圖2中還可發(fā)現(xiàn),土壤有效氮主要集中在2014年7—9月和2015年2月。

圖2 增溫和對照處理土壤有效氮月動態(tài)Fig.2 Monthly dynamics of soil available nitrogen of warming and control treatment

2.3 氮沉降對土壤有效氮的影響

與對照相比,氮沉降處理的土壤銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N均呈現(xiàn)出增長趨勢,且隨氮沉降水平的增加而增加(圖3)。有效氮主要集中在2014年7月、8月和2015年1月、2月。方差分析表明,氮沉降顯著增加了土壤銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量(P<0.05),而且隨氮沉降水平的升高而增加(表1和表2),LN處理的銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量分別為(18.22±0.60) μg d-1g-1干樹脂、(44.19±1.22) μg d-1g-1干樹脂和(61.87±1.74) μg d-1g-1干樹脂,分別是CT處理的3.8倍、1.95倍和2.25倍。LN處理在大部分月份顯著增加土壤有效氮(P<0.05),只在少部分月份沒有顯著變化。在整個研究期內(nèi),HN處理的土壤銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量均顯著高于CT處理(P<0.05),分別為(45.71±6.12) μg d-1g-1干樹脂、(72.81±8.93) μg d-1g-1干樹脂和(119.04±13.27) μg d-1g-1干樹脂,分別是CT處理的9.54倍、3.21倍和4.33倍。3種氮水平處理下的有效N含量關系為：HN > LN > CT。

表1 研究期間各處理土壤有效氮情況和相對硝化速率

*平均值±標準差,n=60；同一列中的不同字母表示差異顯著,P<0.05

圖3 氮沉降和對照處理土壤有效氮月動態(tài)Fig.3 Monthly dynamics of soil inorganic N pool of nitrogen deposition and control treatment

處理Treatment自由度df銨態(tài)氮AmmoniumNitrogen硝態(tài)氮NitrateNitrogen有效氮AvailableNitrogenFPFPFP增溫Warming1.00289.36<0.001119.72<0.001235.03<0.001氮沉降Nitrogen2.00879.17<0.001276.73<0.001610.18<0.001增溫×氮沉降Warming×nitrogendeposi-tion2.0069.18<0.00111.94<0.00132.44<0.001

2.4 增溫×氮沉降對土壤有效氮的影響

在增溫×氮沉降處理下,土壤銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量月動態(tài)趨勢相同,但含量大小差異較大(圖4)。土壤銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量的最大值均出現(xiàn)在2015年2月。WLN處理銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量分別為(34.79±2.45)μg d-1g-1干樹脂、(59.04±4.35) μg d-1g-1干樹脂和(93.83±3.30) μg d-1g-1干樹脂,分別是CT處理的7.26倍、2.6倍和3.41倍,主要集中在2014年7月、8月和2015年2月。WHN處理銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量分別為(82.32±3.59) μg d-1g-1干樹脂、(110.94±9.38) μg d-1g-1干樹脂和(193.26±11.55) μg d-1g-1干樹脂,分別是CT處理的17.19倍、4.89倍和7.03倍。在一年的觀測中,WLN和WHN處理的銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N含量均顯著高于CT處理(P<0.05)。3種氮水平處理間的關系為：WHN > WLN > CT。在增溫和氮沉降兩因子的交互作用下,有效氮含量高于任一單一處理的作用。

圖4 增溫×氮沉降和對照處理土壤有效氮月動態(tài)Fig.4 Monthly dynamics of soil available nitrogen of warming × nitrogen deposition and control treatment

2.5 各處理間的相對硝化速率

相對硝化速率可以用硝態(tài)N和有效N的比例來表示[21]。由此,經(jīng)過計算得出CT、W、LN、HN、WLN和WHN處理的相對硝化速率分別為0.83、0.80、0.71、0.61、0.63和0.57,均超過0.5(表1),說明土壤中硝態(tài)N是土壤有效N的主要存在形態(tài),土壤硝化過程強烈。而與CT相比,W處理的相對硝化速率沒有顯著變化,N沉降處理則有明顯的降低,且隨N沉降的升高而降低,在增溫和氮沉降兩因子的交互作用下最低。

2.6 土壤有效氮與氣溫和降雨量的關系

在本研究中,對土壤有效氮與氣溫和降雨量進行相關分析(圖5),發(fā)現(xiàn)土壤有效氮(y)與降雨量(x)呈顯著性正相關(R2=0.294,P<0.001)；與氣溫也呈顯著性正相關(R2=0.161,P=0.023)。

圖5 土壤有效氮與氣溫和降雨量的關系Fig.5 Relationship between soil available nitrogen and air temperature and precipitation

3 討論

3.1 土壤有效氮的分布特征

土壤有效氮含量的大小主要決定于輸入和輸出兩個過程。氮輸入主要有大氣氮沉降、氮素礦化和生物固氮,輸出主要有微生物固持、植物吸收和反硝化作用[22- 23]。但在工業(yè)欠發(fā)達地區(qū),主要還是取決于氮素礦化與植物吸收兩個過程[24]。所有處理中,土壤有效氮含量均集中在夏冬季(2014年7月、8月和2015年1月、2月)。雖然冬季低溫抑制了土壤微生物活性,降低了土壤氮礦化速率,但近年來的研究發(fā)現(xiàn),冬季低溫雖然限制了土壤氮的轉(zhuǎn)化過程,但土壤仍具有明顯的氮礦化特征[25- 28]。而且在冬季,植物處于非生長季,對氮素的需求較少,因此有效氮大量富集于土壤中。在夏季,雖然植物對土壤有效氮需求較大,但是研究地區(qū)夏季屬于雨熱同期氣候,適宜的溫度和降雨量條件,促進了氮礦化過程,從而增加土壤有效氮含量。土壤有效氮在雨熱充足的5月份沒有大量增加,可能有以下兩個原因：(1)5月份全月都屬于陰雨天氣,過量的降雨導致土壤孔隙中充滿水,阻礙空氣流通,抑制土壤礦化過程,從而降低了有效氮含量；(2)過量的降雨造成的厭氧環(huán)境有利于土壤反硝化過程,土壤中的硝態(tài)氮在反硝化細菌的作用下向氣態(tài)氮轉(zhuǎn)換,造成土壤有效氮損[29]。陳伏生等[19]對四種不同人工林土壤氮素有效性的研究發(fā)現(xiàn),硝態(tài)氮是土壤有效氮的主要存在形態(tài),土壤硝化過程強烈。這與本研究結(jié)果一致。

3.2 增溫對土壤有效氮的影響

有研究表明,土壤有效氮受土壤水分、溫度、微生物組成等各種因素的影響,其含量主要取決于氮礦化過程[30]。凈氮礦化量是土壤氮素供應的容量因素,是能夠提供給植物的潛在有效氮[31]。王?；鄣萚32]和Guntias等[33]研究發(fā)現(xiàn),在一定溫度范圍內(nèi),土壤凈氮礦化速率隨土壤溫度的升高而增加,超過一定溫度之后,溫度不再是土壤凈氮礦化速率的限制性因素。這與本研究的結(jié)果類似。在本研究中,增溫在溫度較低的冬春季(2015年1月—6月)顯著增加土壤有效氮含量,在溫度較高的夏秋季(2014年7月—12月)則不明顯。這是因為冬春季的低溫條件限制了土壤微生物活性[28,34- 37],導致土壤氮礦化速率下降,增溫在提升土壤微生物活性的同時,也降低了土壤含水量,創(chuàng)造了透氣的土壤環(huán)境,有利于有機氮礦化過程[38]。在溫度較高的夏秋季,溫度不再是土壤礦化的限制性因子,增溫并不能進一步提升土壤氮礦化速率。因此,增溫處理有效氮含量在冬春季顯著增加、夏秋季不明顯。就一年的研究來看,增溫顯著增加了土壤有效N含量。

3.3 氮沉降對土壤有效氮的影響

氮沉降改變了生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)[8]。有研究認為土壤氮素轉(zhuǎn)換過程是基質(zhì)限制過程[8- 9,39-41], 氮輸入增加了土壤和凋落物層的礦質(zhì)氮含量, 緩沖了硝化菌、反硝化菌與植物吸收的競爭,使硝化、反硝化作用增加,從而增加土壤有效氮。而D′Orangeville 等[7]對北方成熟森林的研究結(jié)果表明,氮沉降并不會增加土壤有效氮含量。在本研究中,氮沉降處理使土壤有效氮含量增加,這是因為氮素的增加會提高微生物活性,氮沉降處理產(chǎn)生的激發(fā)效應促進了土壤有機物的礦化,此外過量的氮素和有機物質(zhì)結(jié)合會降低土壤C/N,加速土壤有機物的分解和養(yǎng)分的釋放[42-43],由此可見,氮沉降對土壤自身有效氮的釋放有促進作用。袁穎紅等[10]和胡艷玲等[11]研究也發(fā)現(xiàn),土壤有效氮隨氮沉降水平的增加而增加,其中,高氮處理的增幅顯著,而低氮處理的增幅不明顯。而在本研究中,無論高氮處理還是低氮處理,都顯著增加了土壤有效氮含量,而且,氮沉降水平越高,有效氮含量越高。

3.4 增溫×氮沉降對土壤有效氮的影響

Gill[44]在亞高山草地進行了3a研究發(fā)現(xiàn),與對照相比,增溫×氮沉降處理顯著增加了土壤有效氮含量,這是因為氮沉降增加了土壤礦化作用的基質(zhì)濃度,利于土壤氮礦化,再加上土壤溫度升高,顯著提升微生物活性,進一步刺激了土壤氮礦化過程,提高了土壤氮礦化速率,使得土壤有效氮含量增加。這與本研究的結(jié)果一致。在本研究全年的觀測期間內(nèi),增溫和氮沉降的交互作用顯著增加土壤有效氮含量,且隨氮沉降水平的增加而顯著增加。增溫×氮沉降處理的土壤有效氮高于任一單一因子處理,說明增溫和氮沉降處理存在交互作用,交互作用表現(xiàn)為促進土壤有效氮增加,顯著增加的土壤有效氮為植物生長提供充足的養(yǎng)分。

4 結(jié)論

(1)經(jīng)過為期一年的研究發(fā)現(xiàn),有效氮主要集中在夏冬季,而且硝態(tài)N是土壤有效氮的主要存在形態(tài),說明硝化過程是中亞熱帶地區(qū)杉木林土壤的主要過程。

(2)增溫短期內(nèi)顯著增加土壤有效氮含量,對銨態(tài)N、硝態(tài)N和有效N的增幅分別為92%、76%和82%。說明增溫短期內(nèi)促進了土壤礦化過程,有利于土壤有機氮轉(zhuǎn)化成無機氮而被植物吸收利用。

(3)氮沉降短期內(nèi)顯著增加了土壤有效氮含量,有效氮含量隨氮沉降水平的增加而增加。

(4)增溫×氮沉降在整個研究期內(nèi)顯著增加了土壤有效氮,且隨氮沉降水平的增加而增加；且交互作用對土壤有效氮的增幅遠大于任一單一因素的影響。

土壤有效氮是森林生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)的重要組成部分,其影響因素和內(nèi)在作用機制非常復雜。氣候變遷引起的土壤有效氮激增,加之本地區(qū)雨熱同期的氣候特征,可能導致硝態(tài)氮的淋溶損失增加,進而加劇土壤酸化。因此,在氣候變遷的背景下,中亞熱帶地區(qū)未來土壤有效氮的時空格局及作用機制都將發(fā)生巨大變化。而森林土壤對全球氣候變化的響應具有滯后性和時空變異性,長期影響有待深入研究。

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Effects of soil warming and nitrogen deposition on available nitrogen in a youngCunninghamialanceolatastand in mid-subtropical China

LIU Zhijiang1,2, LIN Weisheng1,2, YANG Zhouran1,2, LIN Tingwu1,2, LIU Xiaofei1,2, CHEN Yuehmin1,2,*, YANG Yusheng1,2

1CollegeofGeographicalScience,FujianNormalUniversityFuzhou350007,China2StateKeyLaboratoryofSubtropicalMountainEcology(FoundedbyMinistryofScienceandTechnologyandFujianProvince),FujianNormalUniversity,Fuzhou350007,China

Soil available nitrogen is a small but crucial component in the nitrogen pool, as productivity in ecosystems is closely linked to nitrogen availability. Since the world′s first Industrial Revolution, global warming has increased and nitrogen deposition has increased; therefore, there is a strong focus on soil available nitrogen. To study the short-term response of soil available nitrogen to climate change (warming, nitrogen deposition), we conducted an experiment in four micro-plots planted with youngCunninghamialanceolatain a mid-subtropical region, which was subjected to experimentally increased soil temperature (W, + 5℃) and inorganic nitrogen concentration in artificial precipitation (control [CT], 0 kg hm-2a-1; low nitrogen addition [LN], 40 kg hm-2a-1; and high nitrogen addition [HN], 80 kg hm-2a-1) by using NH4NO3. Soil available nitrogen was measured monthly by using ion exchange resin bags. After one year, the results showed that soil available nitrogen concentrated primarily in the summer and winter, and nitrate nitrogen was the main form of available nitrogen. Increasing the soil temperature significantly increased the soil available nitrogen content (P< 0.05). In addition, the soil available nitrogen content was related to monthly air temperature and rainfall. Overall, nitrogen deposition significantly increased the soil available nitrogen content (P< 0.05). Under low nitrogen treatment, soil available nitrogen content increased significantly in most months; under high nitrogen, soil available nitrogen was significantly higher every month than that in the control treatment. With the combined treatment of increased soil temperature and nitrogen deposition, the soil available nitrogen content increased significantly each month, more than that by either increased temperature or nitrogen deposition alone. This indicated that increased soil temperatures and nitrogen deposition had a combined effect on soil available nitrogen content. Therefore, increased temperature and nitrogen deposition, individually or combined, increased soil available nitrogen content considerably, and thus could provide plants with sufficient nitrogen for productive growth.

warming; nitrogen deposition; available nitrogen; mid-subtropical

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(2014CB954003)；國家自然科學基金項目(31130013)

2015- 12- 30;

2016- 07- 15

10.5846/stxb201512302599

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ymchen@fjnu.edu.cn

劉志江,林偉盛,楊舟然,林廷武,劉小飛,陳岳民,楊玉盛.模擬增溫和氮沉降對中亞熱帶杉木幼林土壤有效氮的影響.生態(tài)學報,2017,37(1):44- 53.

Liu Z J, Lin W S, Yang Z R, Lin T W, Liu X F, Chen Y M, Yang Y S.Effects of soil warming and nitrogen deposition on available nitrogen in a youngCunninghamialanceolatastand in mid-subtropical China.Acta Ecologica Sinica,2017,37(1):44- 53.