摘要：[目的]大氣氮沉降對(duì)森林根際與非根際土壤養(yǎng)分有重要影響。華北地區(qū)是我國(guó)氮沉降高值區(qū)之一，然而目前關(guān)于氮沉降對(duì)該地區(qū)森林土壤養(yǎng)分影響的閾值及其是否引起其它養(yǎng)分限制還不清楚。[方法]本研究以河北省木蘭林場(chǎng)國(guó)有林場(chǎng)的華北落葉松人工林為研究對(duì)象，通過(guò)多水平氮添加實(shí)驗(yàn)（0、5、10、20、40、80、160 kg N·ha-1·yr-1），分析氮添加對(duì)根際和非根際土壤在全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量的差異影響，旨在揭示氮添加對(duì)華北落葉松人工林根際效應(yīng)的影響。[結(jié)果]研究表明：1）根際土壤有機(jī)碳（SOC）、總氮（TN）、硝態(tài)氮（N03--N）和有效氮（AN）含量隨氮添加水平呈上升趨勢(shì)，且都在氮添加為80 kgN·ha-1·yr-1時(shí)達(dá)到最高值，與對(duì)照組相比增加了39.55%、36.27%、56.6g%、44.02%。2）非根際土壤NO3--N在氮添加為160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)達(dá)到最大，與對(duì)照組存在顯著性差異，不同氮添加水平下SOC、TN、TP含量等均無(wú)顯著變化。3）隨著氮添加水平的增加，根際土壤的C：P、N：P呈上升趨勢(shì)，非根際土壤的C：P、N：P呈下降趨勢(shì)。4）相對(duì)于對(duì)照組，氮添加后土壤SOC、TN、NO3--N、AN、AP、C：P、N：P的根際效應(yīng)呈增加趨勢(shì)。[結(jié)論]本研究表明，氮添加會(huì)增強(qiáng)根際效應(yīng)，提高華北落葉松人工林根際土壤SOC、TN、NO3--N、AN的含量，且閾值均在80 kg N·ha-1·yr-1，而且氮添加會(huì)改變土壤磷元素平衡，華北落葉松人工林生長(zhǎng)未來(lái)可能會(huì)面臨土壤磷限制。本研究可為大氣氮沉降或施肥措施下華北落葉松人工林的養(yǎng)分調(diào)控提供理論和科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氮添加；土壤養(yǎng)分；化學(xué)計(jì)量學(xué)；根際效應(yīng)；華北落葉松人工林

中圖分類號(hào)：S154.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-1498（2024）05-0195-10

自工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)廢氣的大量排放以及農(nóng)田化肥的過(guò)度使用，導(dǎo)致全球氮沉降量持續(xù)增加。目前中國(guó)成為了全世界目前活性氮排放量最多的國(guó)家，其中我國(guó)華北地區(qū)的總氮沉降平均通量已達(dá)到54.5 kg N·ha-1·yr-1。氮沉降的增加不僅會(huì)影響植物光合作用，刺激植物生長(zhǎng)，還會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分循環(huán)造成重要影響。根據(jù)植物根系對(duì)土壤的影響可將土壤分為根際土壤和非根際土壤。根際土壤通常是指植物細(xì)根周圍2mm范圍內(nèi)直接受到植物根系密切影響的那一部分土壤，不同種類植物根際范圍略有差異。研究表明，根際土壤是植物細(xì)根和土壤之間接觸最密切、養(yǎng)分物質(zhì)交換最頻繁的區(qū)域，具有重要研究?jī)r(jià)值。氮作為森林土壤中的主要限制元素，氮的添加會(huì)改變植物根系養(yǎng)分、生長(zhǎng)及根際活動(dòng)，從而影響根際土壤的養(yǎng)分特征以及與非根際土壤的差異。因此，在氮沉降加劇的背景下，研究根際與非根際土壤的養(yǎng)分變化具有重要意義。

研究表明，根際土壤養(yǎng)分含量絕大多數(shù)情況下均高于非根際土壤，存在根際效應(yīng)。林莉在亞熱帶的木荷（Schima superba Gardn. et Champ.）次生林中研究發(fā)現(xiàn)根際土壤有機(jī)碳（SOC）含量均高于非根際土壤。Toberman等也得出相似結(jié)論，熱帶雨林中根際土壤SOC和TN含量均高于非根際土壤。氮添加對(duì)土壤養(yǎng)分根際效應(yīng)影響有所差異。陳杰在濕地松（Pinus elliottii Engelmann.）人工林的研究中發(fā)現(xiàn)，在低氮（50 kg N·ha-1·yr-1）和高氮（100 kg N·ha-1·yr-1）不同氮添加水平下，根際土壤的C、N、P含量均高于非根際土壤。景航研究發(fā)現(xiàn)：氮添加會(huì)提高根際土壤的NO3--N含量，降低TP含量，而SOC、TN和NH4+-N含量均呈增加后降低的趨勢(shì)，低氮（30 kg N·ha-1·yr-1）處理提高了而高氮（90 kg N·ha-1·yr-1）處理卻降低了非根際土壤SOC、TN、NH4+-N和N03--N含量。但也有研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施氮（100 kgN·ha-1·yr-1）處理下，會(huì)增加根際土壤TN和TP含量，或氮添加均可以提高根際和非根際土壤SOC、TN含量和N：P、C：P，降低TP含量。目前，關(guān)于氮添加對(duì)根際和非根際土壤養(yǎng)分含量、根際效應(yīng)及對(duì)土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響的研究存在不同的結(jié)論，這可能與不同的施氮量有關(guān)，也就是生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程對(duì)氮輸入量存在非線性關(guān)系。然而，目前對(duì)于森林根際效應(yīng)對(duì)氮沉降的響應(yīng)閾值及其超過(guò)閾值后是否會(huì)引起其它養(yǎng)分限制還并不清楚。

華北落葉松（Larix principis-rupprechtiiMayr.）是燕山北部山地人工林的主要樹種，具有耐寒耐旱特性，是優(yōu)良的速生用材樹種，在地區(qū)碳平衡中具有重要作用。本研究以河北圍場(chǎng)地區(qū)的華北落葉松人工林為研究對(duì)象，通過(guò)多梯度的氮添加實(shí)驗(yàn)，分析氮添加對(duì)根際和非根際土壤養(yǎng)分及其根際效應(yīng)的影響。本研究要解決的問(wèn)題是：1）華北落葉松人工林根際和非根際土壤養(yǎng)分對(duì)氮添加響應(yīng)是否存在閾值，閾值是多少；2）氮添加是否會(huì)造成土壤其它養(yǎng)分元素失衡，從而導(dǎo)致其它養(yǎng)分對(duì)植物生長(zhǎng)的限制。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

河北省承德市圍場(chǎng)縣孟灤林場(chǎng)（116°32＇～118°1＇E，41°35＇～42°40＇N），地處大興安嶺余脈、內(nèi)蒙古高原和燕山余脈交匯處、灤河上游地區(qū)，地勢(shì)西北高、東南低，海拔750～2 067 m。該地區(qū)屬于半濕潤(rùn)半干旱的過(guò)渡地區(qū)，冬季酷寒干燥，夏季無(wú)暑熱，且冬長(zhǎng)春秋短，年均降水445 mm，年均溫3.3℃，雨熱同期；1月平均氣溫-13.2℃，極端最低氣溫-42.9℃，7月平均氣溫20.7℃，降水多集中在7、8月。土壤類型主要有棕壤、褐土、灰色森林土、黑土等。

1.2 樣地設(shè)置和取樣方法

2019年8月開(kāi)始，在木蘭圍場(chǎng)國(guó)有林場(chǎng)孟灤分場(chǎng)，以華北落葉松人工林為研究對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)。該林位于山坡北部，背陰坡約為15°，土壤類型為棕壤土，當(dāng)時(shí)均是植苗造林，苗齡2a，現(xiàn)在林齡為30 a，林地背景信息見(jiàn)表1，詳細(xì)信息可見(jiàn)本研究的前期進(jìn)展。本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方法，開(kāi)展不同水平的氮添加實(shí)驗(yàn)，在山坡等高線一字排開(kāi)設(shè)置28塊20 m × 20 m的樣地，相鄰樣地間隔10 m，設(shè)計(jì)了7個(gè)水平，每個(gè)水平4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)為一個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)7個(gè)水平的氮添加樣地隨機(jī)排列。本研究通過(guò)雨量計(jì)法測(cè)定該地區(qū)的大氣濕沉降通量，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)年濕氮沉降通量為5.03 kg N·ha-1·yr-1，其中88%沉積量集中于生長(zhǎng)季5月-10月。依據(jù)該地區(qū)氮沉降的背景值，本試驗(yàn)設(shè)定7個(gè)處理的氮添加量分別為0、5、10、20、40、80、160 kg N·ha-1·yr-1，其中氮添加量為0 kg N·ha-1·yr-1的是對(duì)照組（CK）。在生長(zhǎng)季（5-10月），每月施肥一次，施肥種類為尿素。施肥時(shí)將相應(yīng)質(zhì)量的尿素溶于40 L水中，均勻噴灑于樣地中，對(duì)照樣地噴灑等量清水。每次噴灑量相當(dāng)于1 mm降雨量，對(duì)土壤濕度無(wú)明顯影響。

于2021年8月中旬采集華北落葉松人工林根際和非根際土壤，在樣地進(jìn)行表層土壤（0—10 cm）取樣。取樣方法為五點(diǎn)取樣，每個(gè)取樣點(diǎn)面積為1 m×1m，采用“抖落法”，將挖出的土壤與植物根系分離，將根系用力抖動(dòng)，直至附著在根系上的土壤厚度約＜2 mm，抖落的土壤與分離的土壤為非根際土壤，未抖落的附著在根系上（厚度＜2 mm）的土壤用毛刷刷下為根際土壤，根際和非根際土壤各取樣28個(gè)，共56個(gè)樣。所有土壤樣品過(guò)2 mm篩后分為兩份：一份自然風(fēng)后置于自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤SOC、TN等含量測(cè)定，另一份置于自封袋于4℃冰箱保存用于土壤無(wú)機(jī)氮等含量測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

土壤碳（C）、氮（N）和磷（P）是必要的土壤養(yǎng)分，其中銨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3--N）、有效氮（AN）和有效磷（AP）可以快速直觀反映出土壤中N、P養(yǎng)分的供需狀況，且會(huì)受到外源氮輸入的影響，所以本研究土壤養(yǎng)分的測(cè)定的指標(biāo)包括土壤有機(jī)碳（SOC）、總氮（TN）、總磷（TP）、NH4+-N、NO3--N、AN、AP。土壤SOC采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，土壤TN采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定，土壤TP采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測(cè)定。土壤NH4+-N和NO3--N采用2 mol·L-1 KCl浸提法測(cè)定。土壤AN為銨態(tài)氮與硝態(tài)氮總量之和。土壤AP采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄處理；運(yùn)用SpSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件采用單因素方差分析（ONE-WAY ANOVA）對(duì)不同氮添加水平處理下全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分、化學(xué)計(jì)量、根際效應(yīng)進(jìn)行LSD最小差異顯著性分析，采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行根際與非根際間土壤養(yǎng)分顯著性分析；運(yùn)用Origin 2022對(duì)根際和非根際土壤各養(yǎng)分結(jié)果繪制柱狀圖，數(shù)據(jù)柱狀圖用平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤和顯著性繪制，化學(xué)計(jì)量采用養(yǎng)分含量比，并標(biāo)注顯著性（p＜0.05）；根際效應(yīng)（RINR）為根際養(yǎng)分含量（R）／非根際養(yǎng)分含量（NR）。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤全量養(yǎng)分的影響

2.1.1 根際與非根際土壤全量養(yǎng)分含量的變化

氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤SOC、TN、TP的影響如圖1所示。

在氮添加處理下，根際土壤SOC含量在85.56～119.40 g·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，根際土壤SOC含量有增加趨勢(shì)，氮添加量為80、160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組有顯著性差異（p＜0.05）；非根際土壤SOC含量范圍在62.53～68.50 g·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，SOC含量變化不顯著。在氮添加處理下，根際土壤SOC含量均高于非根際土壤，除氮添加量為10、40 kg N·ha-1·yr-1外，根際和非根際土壤SOC含量均存在顯著性差異（p＜0.05）。

在氮添加處理下，根際土壤TN含量在2.52～3.64 g·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，TN含量有增加趨勢(shì)，氮添加量為80、160 kgN·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）；非根際土壤TN含量在2.06～2.26 g·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，TN含量變化不顯著（p＜0.05）。在氮添加處理下，根際土壤TN含量均高于非根際土壤，除氮添加量為10 kgN·ha-1·yr-1外，根際和非根際土壤TN含量均存在顯著性差異（p＜0.05）。

在氮添加處理下，根際土壤TP含量在0.49～0.61 g·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，TP含量變化不顯著（p＜0.05）；非根際土壤TP含量在0.42～0.56 g·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，TP含量有增加趨勢(shì)，未達(dá)到顯著水平（p＜0.05）。根際土壤TP含量均高于非根際土壤，對(duì)照組根際和非根際土壤TP含量存在顯著差異（p＜0.05），其它氮添加水平下，根際與非根際土壤TP含量差異性不顯著。

2.1.2 土壤全量養(yǎng)分的根際效應(yīng)

氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤SOC、TN、TP的根際效應(yīng)影響如圖2所示。在氮添加處理下，土壤SOC的R/NR在1.23～1.87范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤SOC的R/NR有增加趨勢(shì)，氮添加量為5 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組有顯著性差異（p＜0.05）；土壤TN的R/NR在1.18～1.69范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤TN的R/NR呈先增加后降低趨勢(shì)，氮添加量為5、80 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組有顯著性差異（p＜0.05）：土壤TP的R/NR在1.08～1.44范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤TP的R/NR沒(méi)有顯著變化（p＜0.05）。

2.2 氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤速效養(yǎng)分的影響

2.2.1 根際與非根際土壤速效養(yǎng)分含量的變化

氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤NH4+-N、NO3--N、AN、AP的影響如圖3所示。

在氮添加處理下，根際土壤NH4+-N含量在12.11～16.24 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，NH4+-N含量呈先降低后增加趨勢(shì)，氮添加量為10 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組有顯著性差異（p＜0.05）；非根際土壤NH4+-N含量范圍在7.80～8.66 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加沒(méi)有顯著變化（p＜0.05）。在氮添加處理下，根際土壤NH4+-N含量均高于非根際土壤，根際和非根際土壤NH4+-N含量有顯著性差異（p＜0.05）。

在氮添加處理下，根際土壤NO3--N含量在46.45～92.83 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，NO3--N含量整體呈增加趨勢(shì)，氮添加量為80、160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）；非根際土壤的NO3--N含量在46.45～92.83 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加呈先降低后增加的趨勢(shì)，氮添加量為160 kgN·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）。在氮添加處理下，根際土壤N03--N含量高于非根際土壤，除氮添加量為40 kg N·ha-1·yr-1外，根際和非根際土壤的NO3--N含量均存在顯著性差異（p＜0.05）

在氮添加處理下，根際土壤AN含量在61.11～107.97 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，根際土壤AN含量整體呈增加趨勢(shì)，氮添加量為80、160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）；非根際土壤AN含量范圍在39.32～58.41 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加呈先降低后增加的趨勢(shì)，未達(dá)到顯著水平（p＜0.05）。在氮添加處理下，根際土壤AN含量高于非根際土壤，除氮添加量為40 kgN·ha-1·yr-1外，根際和非根際土壤AN含量均存在顯著性差異（p＜0.05）。

在氮添加處理下，根際土壤AP含量在8.61～15.46 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，根際土壤AP含量有增加趨勢(shì)，氮添加量為5、80、160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）；非根際土壤AP含量在6.25～9.65 mg·kg-1范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加整體呈降低趨勢(shì)，氮添加量為5、10、20 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）。在氮添加處理下，根際土壤AP含量高于非根際土壤，除氮添加量為0、40 kg N·ha-1·yr-1外，根際和非根際土壤AP含量均存在顯著差異（p＜0.05）。

2.2.2 土壤速效養(yǎng)分的根際效應(yīng)

氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤NH4+-N、NO3--N、AN、AP的根際效應(yīng)影響如圖4所示。

不同梯度的氮添加處理下土壤NH4+-N、NO3--N、AN、AP均存在根際效應(yīng)。在氮添加處理下，土壤NH4+-N的R/NR在1.46～1.95范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤NH4+-N的R/NR呈先降低后增加趨勢(shì)，氮添加量為10 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）；土壤NO3--N的R/NR在1.16～1.91范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤N03--N的R/NR呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，氮添加量為5 kg N·ha-1·yr-l時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）；土壤AN的R/NR在1.27～2.51范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤AN的R/NR呈先增加后降低趨勢(shì)，氮添加量為5 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）；土壤AP的R/NR在0.90～1.99范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤AP的R/NR整體呈增加趨勢(shì)，除氮添加量為10、40 kgN·ha-1·yr-1外，其他氮添加水平下土壤AP的R/NR均與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）。

2.3 氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量的影響

2.3.1 根際與非根際土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量的變化

氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤C：N、C：P、N：P的影響如圖5所示。

在氮添加處理下，根際土壤C：N在26.99～34.13范圍內(nèi)，非根際土壤的C：N在30.01～32.05范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，根際土壤、非根際土壤C：N沒(méi)有顯著變化，且根際與非根際間土壤C：N無(wú)顯著差異（p＜0.05）。

在氮添加處理下，根際土壤C：P在149.79～254.90范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，根際土壤C：P呈先增加后降低趨勢(shì)，未達(dá)到顯著水平（p＜0.05）；非根際土壤C：P在125.26～171.98范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加呈降低趨勢(shì)，變化不顯著（p＜0.05）。在氮添加處理下，根際土壤C：P均高于非根際土壤，氮添加量為80和160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，根際與非根際土壤間C：P存在顯著性差異（p＜0.05）。

在氮添加處理下，根際土壤N：P在4.68～6.55范圍內(nèi)，隨氮添加水平的增加，N：P整體呈增加趨勢(shì)，未達(dá)到顯著水平（p＜0.05）；非根際土壤N：P在4.12～5.68范圍內(nèi)，隨氮添加水平的增加呈降低趨勢(shì)，未達(dá)到顯著水平（p＜0.05）。在氮添加處理下，除對(duì)照組外，根際土壤N：P均高于非根際土壤，氮添加量為80和160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，根際與非根際土壤間N：P存在顯著性差異（p＜0.05）。

2.3.2 土壤養(yǎng)分化學(xué)計(jì)量的根際效應(yīng)

氮添加對(duì)華北落葉松根際與非根際土壤C：N、C：P、N：P的根際效應(yīng)影響如圖6所示。

在氮添加處理下，土壤C：N的R/NR在0.89～1.33范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤C：N的R/NR沒(méi)有顯著變化。土壤C：P的R/NR在0.93～1.89范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤C：P的R/NR整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，氮添加量為80、160 kg N·ha-1·yr-l時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）。土壤N：P的R/NR在0.88～1.58范圍內(nèi)，隨著氮添加水平的增加，土壤N：P的R/NR整體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，氮添加量為80 kg N·ha-1·yr-1時(shí)，與對(duì)照組存在顯著性差異（p＜0.05）。

3 討論

3.1 氮添加對(duì)華北落葉松土壤養(yǎng)分影響的閾值

本研究中，華北落葉松人工林根際土壤SOC、TN、NO3--N、AN含量隨著氮添加水平呈現(xiàn)先增加后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，且均在氮添加量為80 kg N·ha-1·yr-1時(shí)達(dá)到最大，因此本研究認(rèn)為根際土壤SOC、TN、NO3--N、AN含量對(duì)氮添加量響應(yīng)閾值為80 kg N·ha-1·yr-1。張丹等在黃土丘陵地區(qū)設(shè)置0、10、20、40、80 kg N·ha-1·yr-15個(gè)氮添加水平實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在氮添加80 kgN·ha-1·yr-1時(shí)SOC含量增長(zhǎng)最多，氮添加緩解了根際微生物的氮限制，促進(jìn)林下植物生長(zhǎng)，凋落物返還到土壤中的碳增多，從而使SOC含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。同時(shí)，也有研究發(fā)現(xiàn)過(guò)度氮添加會(huì)降低地上植物多樣性和生產(chǎn)力，影響碳輸入，降低SOC含量，NH4+-N會(huì)發(fā)生硝化作用釋放H+降低土壤pH，減弱礦物對(duì)SOC的保護(hù)作用從而降低SOC含量。本研究中，氮添加增加了根際土壤TN含量，這與很多研究結(jié)果一致。王昭等在鼎湖山常綠闊葉林設(shè)置0、50、1 00、150、200kg N·ha-1·yr-15個(gè)氮添加水平實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在氮添加150 kg N·ha-1·yr-1水平下TN含量最高，顯著高于其他處理。本研究中根際土壤TN在氮添加80 kg N·ha-1·yr-1水平下含量達(dá)到閾值，繼續(xù)施氮會(huì)減少TN含量，可能是因?yàn)樵谌钡貐^(qū)，氮添加會(huì)一定程度上緩解了森林土壤氮限制，增加土壤氮庫(kù)，提高了土壤的TN含量，然而施氮過(guò)多會(huì)引起土壤酸化，降低土壤TN含量。李琛琛等在華北落葉松林開(kāi)展的模擬氮沉降研究發(fā)現(xiàn)，低氮添加會(huì)促進(jìn)NO3--N含量增加，高氮添加促進(jìn)效果減弱。本研究中，隨著氮添加水平的增加，NO3--N含量整體呈上升趨勢(shì)，且在氮添加80 kgN·ha-1·yr-1水平下含量達(dá)到閾值，說(shuō)明氮添加對(duì)土壤硝化有促進(jìn)作用，促進(jìn)了NO3--N的積累，然而超過(guò)閾值后的氮添加可能因?yàn)榈胤e累導(dǎo)致根際土壤反硝化作用增強(qiáng)，NO3--N被還原成N2O和N2從土壤中排出，降低了NO3--N含量。與對(duì)照組相比，非根際土壤SOC、TN含量在氮添加下變化并不顯著，這可能與施氮年限較短有關(guān)。

3.2 氮添加對(duì)華北落葉松土壤磷元素的影響

磷是植物生長(zhǎng)的必要元素，且生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷循環(huán)是耦合在一起發(fā)揮作用，因此，氮輸入會(huì)改變森林土壤磷循環(huán)，從而影響植物的生長(zhǎng)。Ren等在內(nèi)蒙古荒漠草原進(jìn)行氮添加試驗(yàn)顯示氮添加增加了土壤AP含量。一項(xiàng)熱帶森林的研究表明，氮添加會(huì)促進(jìn)植物對(duì)磷素的吸收，刺激了土壤酸性磷酸酶活性，加速了土壤有機(jī)物分解，從而提高土壤AP含量。本研究中，在氮添加量為5、80、160 kg N·ha-1·yr-1時(shí)顯著增加了根際土壤AP含量，且土壤N：P的根際效應(yīng)呈上升趨勢(shì)。其主要原因可能也是氮添加促進(jìn)華北落葉松林下植物快速生長(zhǎng)，從而增加對(duì)磷元素的獲取，使得根系分泌促進(jìn)磷轉(zhuǎn)化的酶活性提高，促進(jìn)了土壤總磷向有效磷的轉(zhuǎn)化，最終提高了土壤根際AP含量，但降低土壤TP含量，使得土壤N：P的根際效應(yīng)增強(qiáng)。土壤N：P反映了土壤對(duì)磷的固持能力，一定程度體現(xiàn)了土壤養(yǎng)分變化。氮添加刺激植物對(duì)磷的需求，加速磷的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)磷從土壤系統(tǒng)中輸出，使土壤TP含量減低，造成土壤N：P失衡。植物生長(zhǎng)發(fā)育需要維持穩(wěn)定的N：P，在持續(xù)的氮素輸入下，未來(lái)磷素可能會(huì)成為限制華北落葉松人工林生長(zhǎng)的重要因素。本研究通過(guò)分析不同氮添加水平下土壤AP和N：P根際效應(yīng)的變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)燕山北部山地華北落葉松在未來(lái)大氣氮沉降增加或氮施肥情景下可能面臨土壤磷元素的限制，因此，未來(lái)合理添加磷肥是華北落葉松人工林應(yīng)對(duì)外源氮輸入的重要手段之一。

4 結(jié)論

本研究對(duì)燕山北部山地華北落葉松人工林根際與非根際土壤在全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分及生態(tài)化學(xué)計(jì)量在氮添加處理下的變化進(jìn)行研究分析，得出以下結(jié)論：1）氮添加對(duì)根際土壤養(yǎng)分含量影響顯著，SOC、TN、NO3--N、AN含量隨氮添加水平增加呈上升趨勢(shì)，且均在氮添加為80 kg N·ha-1·yr-1時(shí)含量達(dá)到閾值。2）氮添加會(huì)改變土壤磷元素平衡，在未來(lái)外源氮輸入背景下華北落葉松人工林生長(zhǎng)可能會(huì)面臨土壤磷限制的壓力。本研究可為華北落葉松人工林養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。

（責(zé)任編輯：崔貝）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（31700377）;河北省自然科學(xué)基金（C2018204096）