华北土石山区森林土壤健康特征及评价研究--《北京林业大学》2012年硕士论文
华北土石山区森林土壤健康特征及评价研究
【摘要】：健康的士壤是培育和保护健康森林的基础,研究不同人工林下土壤健康状况对森林健康维护和可持续经营具有重要意义。本文以河北木兰围场人工林中的油松纯林、落叶松与白桦混交林、油松与落叶松混交林、4种不同密度的落叶松纯林(740、和2170株·hm-2)和6种保留密度下(540、650、、株·hm-2)油松纯林为研究对象,分析和比较了不同林分下的士壤物理、化学和生物学性质,对此进行了描述性统计分析、方差分析及相关性分析,并采用主成分分析法评价了其土壤健康状况,以期为森林健康可持续经营管理提供理论依据和数据支撑。其主要结论如下：(1)林分类型对土壤理化和生物学性质影响显著。随土壤深度增加,土壤密度和土壤pH值增大,而土壤含水量、养分含量和微生物数量减少,酶活性降低,但其在不同林分下的变化程度不同。各林分间养分含量、微生物数量和酶活性之间存在不同程度的差异显著性。(2)随着林分密度的增大,各种养分变化规律不尽一致,当落叶松和油松林分密度分别为2170株·hm-2和1104株·hm-2时,0-60cm深度的土壤全氮、全磷及速效钾含量均保持在一个相对较高的水平；而落叶松土壤全钾和有效磷含量仅在0-20cm士层较高,分别为18.26g·kg-1和25.11mg·kg-1,油松林在0-60cm深度土壤全氮、全磷、全钾、有效磷和速效钾含量均值均达到最高,分别为1.38g·kg-1、0.34g·kg-1、32.75g·kg-1、33.10mg·kg-1和118.85mg·kg-1。(3)士壤有机碳含量和碳密度垂直递减特征明显,均随土壤深度的增加而显著减小。不同林分密度、不同土层土壤有机碳含量及碳密度与土壤全氮、全磷、速效钾含量均呈显著或极显著正相关。当落叶松的林分密度增大到2170株·hm-2时,土壤有机碳含量及碳密度显著增加至最大,分别为25.45g·kg-1和15.68kg·m-1；当油松林分密度由540株·hm-2增加到1860株·hm-2时,土壤有机碳含量及碳密度变化规律不尽一致,其分布区间分别为10.56-21.21g·kg-1与5.48-11.70kg·m-2。从林地土壤固碳的角度,建议将华北落叶松和油松人工林的林分密度分别控制在2170株·hm-2和1104株·hm-2。(4)土壤因子之间关系密切,土壤有机质、全氮、速效钾含量和细菌数量与土壤密度呈显著或极显著负相关,而与土壤含水量呈极显著正相关；土壤养分含量之间具有不同程度的显著正相关关系；土壤微生物数量与土壤pH值和养分含量之间,以及士壤酶活性与土壤养分含量和微生物数量之间呈不同程度的显著或极显著相关性。(5)采用主成分分析法对不同林分下0-60cm的土壤健康状况进行了评价,得出不同林分类型人工林土壤健康水平由高到低依次为：落叶松与白桦混交林油松与落叶松混交林落叶松纯林油松纯林；不同保留密度的油松人工林土壤健康水平由高到低依次为：Ⅻ(1104株hm-2)Ⅺ(1084株hm-2)ⅩⅣ(1860株hm-2)Ⅸ(540株hm-2)Ⅹ(650株hm-2)ⅩⅢ(1408株·hm-2)。
【关键词】：
【学位授予单位】：北京林业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：S714【目录】：
摘要3-5Abstract5-7目录7-91 引言9-17 1.1 土壤健康概念的形成与发展9 1.2 研究目的及意义9-10 1.3 森林土壤健康评价内容与指标体系10-13
1.3.1 森林土壤健康评价的描述性指标11
1.3.2 森林土壤健康评价的分析性指标11-13 1.4 森林土壤健康评价的主要方法13-15
1.4.1 定性评价方法13
1.4.2 定量评价方法13-15 1.5 森林土壤健康评价研究存在问题及展望15-17
1.5.1 森林土壤健康评价研究存在问题15-16
1.5.2 森林土壤健康评价展望16-172. 木兰围场研究区域的基本概况17-21 2.1 地理位置17 2.2 地形地貌17 2.3 气候特征17 2.4 水文17-18 2.5 土壤18 2.6 植被18-213 研究内容与研究方法21-25 3.1 研究内容21 3.2 研究技术路线21 3.3 研究方法21-25
3.3.1 样地的选择及布设21-23
3.3.2 土壤样品的采集、测定与分析23-24
3.3.3 土壤酶活性的测定24
3.3.4 土壤有机碳密度计算24
3.3.5 数据统计工具及分析24-254 华北土石山区人工林土壤特征研究25-39 4.1 不同林分类型土壤物理、化学、生物学性质分析25-30
4.1.1 土壤物理性质特征25
4.1.2 土壤化学性质特征25-29
4.1.3 土壤微生物数量29-30 4.2 不同保留密度油松林下土壤特征30-37
4.2.1 林分密度对土壤物理性质的影响30-31
4.2.2 林分密度对土壤养分特征的影响31-34
4.2.3 林分密度对土壤微生物数量的影响34-35
4.2.4 林分密度对土壤酶活性的影响35-37 4.3 小结37-395. 林分密度对土壤有机碳特征的影响及其与养分关系特征39-45 5.1 林分密度对落叶松人工林土壤有机碳特征的影响及其与养分关系特征39-41
5.1.1 4种林分密度落叶松林下土壤有机碳分布特征39-40
5.1.2 土壤有机碳含量及碳密度与上壤养分含量之间的相关性分析40-41 5.2 林分密度对油松人工林土壤有机碳特征的影响及其与养分关系特征41-43
5.2.1 土壤有机碳垂直分布特征41-42
5.2.2 土壤有机碳含量及碳密度与上壤养分含量之间的相关性分析42-43 5.3 小结43-456 华北土石山区森林土壤健康评价研究45-53 6.1 森林土壤健康评价指标体系的构建45 6.2 不同林分类型森林土壤健康评价45-48
6.2.1 土壤健康评价因子相关性分析45-46
6.2.2 土壤健康评价因子主成分分析46-48 6.3 不同间伐强度的林分森林土壤健康水平的比较48-51
6.3.1 土壤健康评价因子相关性分析48
6.3.2 土壤健康评价因子主成分分析48-51 6.4 小结51-537. 结论与讨论53-55参考文献55-61个人简介61-63导师简介63-65致谢65
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式
【参考文献】
中国期刊全文数据库
许景伟,王卫东,李成;[J];北京林业大学学报;2000年01期
余树全,姜春前,周国模,李翠环;[J];北京林业大学学报;2003年05期
耿玉清;余新晓;孙向阳;陈峻崎;姚永刚;;[J];北京林业大学学报;2007年02期
王海燕;雷相东;张会儒;杨平;;[J];北京林业大学学报;2009年03期
陈亮中;谢宝元;肖文发;黄志霖;;[J];长江流域资源与环境;2007年05期
杨晓梅;程积民;孟蕾;韩娟娟;范文娟;;[J];草业科学;2010年02期
李克志;[J];东北林学院学报;1983年01期
孙波，赵其国;[J];地理科学进展;1999年02期
王效举,龚子同;[J];地理科学;1997年02期
郭旭东,傅伯杰,陈利顶,马克明,李俊然;[J];地理学报;2001年04期
中国博士学位论文全文数据库
耿玉清;[D];北京林业大学;2006年
李国雷;[D];北京林业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库
钱登峰;[D];西南大学;2007年
沈文森;[D];北京林业大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库
李孜军;[J];四川有色金属;1996年03期
彭建政;何广杰;周灵源;;[J];四川建筑科学研究;2005年06期
梁本亮;刘建新;;[J];四川建筑科学研究;2009年04期
杨攀;张宇;;[J];安防科技;2006年03期
项伟;周加来;;[J];安徽广播电视大学学报;2010年03期
曹世彪,陈双臣,李志娟;[J];山东农业科学;2005年03期
孟庆华;李根英;王吉光;王刚;张延亮;;[J];山东农业科学;2005年06期
郭晓燕;袁玲;;[J];山东农业科学;2006年01期
崔荣宗;杨果;李彦;魏建林;姜国志;;[J];山东农业科学;2006年04期
葛晓轩;孟庆华;李根英;;[J];山东农业科学;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库
李孝良;于群英;纵艳芝;;[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集（理科卷）[C];2005年
甘旭华;唐欣昀;Raymond L;[A];食品安全的理论与实践——安徽食品安全博士科技论坛论文集[C];2005年
李孝良;孙莉;于群英;;[A];现代农业理论与实践——安徽现代农业博士科技论坛论文集[C];2007年
张祥明;;[A];土肥水资源高效利用与农业面源污染防控技术研讨会论文集[C];2011年
王家嘉;李录久;吴萍萍;;[A];土肥水资源高效利用与农业面源污染防控技术研讨会论文集[C];2011年
常江;杜艳;姚艳娟;;[A];土肥水资源高效利用与农业面源污染防控技术研讨会论文集[C];2011年
秦小光;宁波;殷志强;穆燕;;[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届（2011年度）学术年会论文集(中)[C];2012年
刘虎成;徐坤;;[A];山东园艺学会第七次会员代表大会暨学术研讨会论文集[C];2011年
高晓燕;代明亮;李松涛;李天忠;;[A];梨科研与生产进展（五）[C];2011年
王妲;曲柏宏;;[A];梨科研与生产进展（五）[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库
赵锦梅;[D];甘肃农业大学;2010年
贺春燕;[D];甘肃农业大学;2009年
张俊忠;[D];甘肃农业大学;2010年
焦婷;[D];甘肃农业大学;2010年
杨江山;[D];甘肃农业大学;2010年
陈波浪;[D];新疆农业大学;2010年
侯钰荣;[D];新疆农业大学;2010年
高艳鹏;[D];北京林业大学;2011年
王俊峰;[D];东北师范大学;2010年
李瑞利;[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库
武少伟;[D];华中农业大学;2010年
莫琼;[D];华中农业大学;2010年
舒丽娜;[D];华中农业大学;2010年
马琳;[D];华中农业大学;2010年
倪玲珊;[D];华中农业大学;2010年
潘媛;[D];华中农业大学;2010年
宁大伟;[D];华中农业大学;2010年
朱小娇;[D];华中农业大学;2010年
杨莹莹;[D];华中农业大学;2010年
费云舟;[D];华中农业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库
费鹏飞;;[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年13期
杨东;田娜;焦金鱼;;[J];安徽农业科学;2007年22期
于群英,李孝良;[J];安徽技术师范学院学报;2003年03期
翟明普;[J];北京林学院学报;1982年04期
,聂道平;[J];北京林学院学报;1985年04期
,董世仁;[J];北京林业大学学报;1986年02期
张运锋;[J];北京林业大学学报;1986年02期
向师庆,聂立水,张凤荣;[J];北京林业大学学报;1992年01期
阎海平;杜连海;李秀军;;[J];北京林业大学学报;1997年S2期
许景伟,王卫东,李成;[J];北京林业大学学报;2000年01期
中国重要会议论文全文数据库
周礼恺;陈冠雄;陈利军;武志杰;;[A];中国土壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集（面向农业与环境的土壤科学综述篇）[C];2004年
胡锋;刘满强;李辉信;;[A];中国土壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集（面向农业与环境的土壤科学综述篇）[C];2004年
曹志洪;;[A];中国土壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集（面向农业与环境的土壤科学综述篇）[C];2004年
中国硕士学位论文全文数据库
何艺玲;[D];中国林业科学研究院;2000年
钱登峰;[D];西南大学;2007年
徐成立;[D];河北农业大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库
焦燕;赵江红;徐柱;;[J];生态环境学报;2009年05期
王吉春;张蕾;陈玉芳;刘晓娟;陈艳梅;孙俊华;陈玉志;葛元芝;;[J];杂粮作物;2007年06期
苏秀荣;韦善清;王勇;陈念平;;[J];现代农业科学;2009年03期
胡明宇;林昌虎;何腾兵;张清海;;[J];贵州科学;2010年02期
王双喜;;[J];宁夏农林科技;2008年06期
孙毓鑫;吴建平;周丽霞;林永标;傅声雷;;[J];应用生态学报;2009年03期
肖国胜;张英超;贾良良;韩宝文;邓静秋;;[J];河北农业科学;2009年10期
于永强;;[J];河南科学;2010年06期
高霞;史东生;史月;;[J];农业科技与装备;2009年01期
廖超林;曾艳;侯金权;黄运湘;周卫军;张杨珠;;[J];湖南农业大学学报(自然科学版);2009年04期
中国重要会议论文全文数据库
李顺江;安志装;赵同科;马茂亭;肖长坤;高忠义;;[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷）[C];2011年
陈琼贤;吕业成;万云巧;赫新洲;曹健;李妙汉;高惠楠;;[A];科技与创新——广东园艺科技论文集（广东省园艺学会第九次会员大会暨学术研讨会论文集）[C];2010年
樊文华;刘晋峰;王志伟;单江艳;;[A];土壤资源持续利用和生态环境安全——中国土壤学会第十一届二次理事扩大会议暨学术会议论文集[C];2009年
黄耿华;孟素君;冯平;郭素英;;[A];濮阳市首届学术年会论文选编[C];2006年
李向东;陈源泉;汤永禄;高旺盛;隋鹏;季书勤;;[A];中国农作制度研究进展2008[C];2008年
邹忠;苏建平;丁峰;陈小明;王冬梅;李峰;丁扣其;;[A];江苏土壤肥料科学与农业环境[C];2004年
贾小红;高如泰;任慧勤;陈清;黄元仿;梁金凤;;[A];中国土壤学会第十一届全国会员代表大会暨第七届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集（中）[C];2008年
欧阳克蕙;王堃;钟华平;瞿明仁;熊小文;王仁华;周萍芳;;[A];第四届中国畜牧科技论坛论文集[C];2009年
黎妍妍;李进平;李锡宏;;[A];湖北省烟草学会2007年学术年会论文集[C];2007年
梁金凤;高如泰;任慧勤;贾小红;陈清;黄元仿;;[A];中国土壤学会第十一届全国会员代表大会暨第七届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集（中）[C];2008年
中国重要报纸全文数据库
朱先春　刘艳涛;[N];农民日报;2011年
邓的荣;[N];解放日报;2004年
通讯员 姜晓平;[N];巴彦淖尔日报(汉);2010年
AdamBarclay 袁隆平
译;[N];农民日报;2010年
江苏丘陵地区镇江农科所 赵亚夫;[N];江苏农业科技报;2009年
刘红忠?李承锦;[N];驻马店日报;2008年
通讯员　 徐翔 何宜坦 记者　刘伟;[N];连云港日报;2006年
邯郸市大名县三马绿色农产品专业合作社 李艳辉;[N];河北农民报;2010年
王琥;[N];中华合作时报;2008年
王存然;[N];山东科技报;2006年
中国博士学位论文全文数据库
赵吉;[D];内蒙古大学;2005年
韩宾;[D];山东农业大学;2007年
杜君;[D];中国农业科学院;2011年
徐海;[D];西北农林科技大学;2011年
漆良华;[D];中国林业科学研究院;2007年
郭观林;[D];中国科学院研究生院（沈阳应用生态研究所）;2006年
谢锦升;[D];北京林业大学;2005年
王新中;[D];河南农业大学;2009年
王莺;[D];兰州大学;2012年
张刚华;[D];中国林业科学研究院;2006年
中国硕士学位论文全文数据库
任丽娜;[D];北京林业大学;2012年
张英;[D];中国农业科学院;2011年
高雪松;[D];四川农业大学;2005年
余博;[D];新疆农业大学;2009年
张进;[D];西北农林科技大学;2010年
吴冬;[D];西北农林科技大学;2011年
卢茜;[D];福建师范大学;2010年
郑秀社;[D];山东农业大学;2010年
罗艺霖;[D];四川农业大学;2010年
姜峻;[D];西北农林科技大学;2008年
&快捷付款方式
&订购知网充值卡
400-819-9993
《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司
同方知网数字出版技术股份有限公司
地址：北京清华大学 84-48信箱 大众知识服务
出版物经营许可证 新出发京批字第直0595号
订购热线：400-819-82499
服务热线：010--
在线咨询：
传真：010-
京公网安备75号<meta name="dc.description" content="为探究凋落物和根系在滨海沙地人工林土壤氮循环中所扮演的角色，设置去除凋落物、切断根系、对照3种处理，分析3种典型沿海防护林（尾巨桉、纹荚相思、木麻黄）土壤氮素对不同碳输入的响应。结果表明：滨海沙地土壤矿质氮含量（2.91-4.49 mg·kg-1）远低于内陆森林土壤；3种人工林土壤矿质氮含量表现为纹荚相思&木麻黄&尾巨桉，其中纹荚相思与尾巨桉土壤矿质氮含量差异显著（P & 0.05）；不同树种土壤硝态氮（NO3--N）含量存在显著差异，表现为纹荚相思&木麻黄&尾巨桉。树种对切断根系或去除凋落物的响应不一致，切断根系后纹荚相思和木麻黄土壤NO3--N含量显著高于对照，对铵态氮（NH4+-N）含量影响不显著；切断根系和去除凋落物处理后土壤硝化作用均增强，对尾巨桉的影响达显著水平（P & 0.05）；切断根系和去除凋落物均显著降低尾巨桉和纹荚相思土壤微生物量氮（MBN）含量，对土壤可溶性有机氮（DON）的影响与之相反。土壤NO3--N与土壤MBN之间存在极显著的负相关关系（r=-0.671，P & 0.01），与土壤DON呈极显著正相关（r=0.900，P & 0.01），土壤DOC与NO3--N、NH4+-N之间分别存在显著的负相关（r=-0.413，P & 0.05）和极显著的正相关关系（r=0.461，P & 0.01）。" />
<meta name="dc.description" xml:lang="en" content="Litter removal, root cut and control were employed to examine the effects of organic matter input on soil nitrogen in three different plantations (Eucalyptus urophylla×E. grandis, Acacia aulacocarpa and Casuarina equisetifolia) in a sandy coastal plain area. The results showed that the content of mineral nitrogen in coastal sandy land was between 2.91 and 4.49 mg·kg-1
and much lower than that in inland forest soil. The order of soil mineral nitrogen content was Acacia aulacocarpa & Casuarina equisetifolia & Eucalyptus urophylla×E. grandis. There were significant differences in the content of nitrate nitrogen in the soil of different tree species and showed that Acacia aulacocarpa & Casuarina equisetifolia & Eucalyptus urophylla×E. grandis. The response of tree species to root or litter removal was varied significantly. After root cut, the content of nitrate nitrogen in soil was significantly higher than that of control, while the effect of the content of ammonium nitrogen was insignificant. At the same time, the soil nitrification in three plantations was enhanced after root cut or litter removal and it had a significant impact on Eucalyptus urophylla×E. grandis(P & 0.05). Additionally, the content of MBN in Eucalyptus urophylla×E. grandis and Acacia aulacocarpa had a significant decrease after litter removed or root cut and the contents of DON had a significant increase.Correlation analysis suggested that there was a significant negative relationship between the soil nitrate nitrogen and MBN (r=-0.671, P & 0.01), while there was a significant positive relationship between the soil nitrate nitrogen and DON(r=0.900, P & 0.01). DOC concentrations were negatively correlated with nitrate nitrogen (r=-0.413, P & 0.05) and positively correlated with ammonium nitrogen(r=0.461, P & 0.01), respectively." />
Vol. 36 Issue (4): 385-391
LIN Baoping,
HE Zongming,
GAO Shilei,
DONG Qiang
不同碳输入方式对沿海防护林土壤氮库的影响
Effects of different carbon input methods on soil nitrogen pool of coastal shelter forest
董强. 不同碳输入方式对沿海防护林土壤氮库的影响[J]. 森林与环境学报, ): 385-391.&&DOI: 10.ki.jfcf.
LIN Baoping,
HE Zongming,
GAO Shilei,
DONG Qiang. Effects of different carbon input methods on soil nitrogen pool of coastal shelter forest[J]. Journal of Forest and Environment, ): 385-391.&&DOI: 10.ki.jfcf.
不同碳输入方式对沿海防护林土壤氮库的影响
林宝平1,2,
林思祖1,2,
何宗明1,2,
郜士垒1,2,
福建农林大学林学院, 福建 福州 350002;
国家林业局杉木工程技术研究中心, 福建 福州 350002;
福建省长乐大鹤国有防护林场, 福建 长乐 350212
基金项目：国家自然科学基金项目（371269）；福建省种苗科技攻关项目（KLB160004A）；福建省林业科技项目（闽林科3号）；福建农林大学部级创新平台项目。
作者简介：
林宝平(1991-), 男, 硕士研究生, 从事水土保持与沿海防护林研究。E-mail:。
通讯作者：
董强(1970-), 男, 讲师, 从事水土保持研究。E-mail:。
为探究凋落物和根系在滨海沙地人工林土壤氮循环中所扮演的角色，设置去除凋落物、切断根系、对照3种处理，分析3种典型沿海防护林（尾巨桉、纹荚相思、木麻黄）土壤氮素对不同碳输入的响应。结果表明：滨海沙地土壤矿质氮含量（2.91-4.49 mg·kg-1）远低于内陆森林土壤；3种人工林土壤矿质氮含量表现为纹荚相思&木麻黄&尾巨桉，其中纹荚相思与尾巨桉土壤矿质氮含量差异显著（P & 0.05）；不同树种土壤硝态氮（NO3--N）含量存在显著差异，表现为纹荚相思&木麻黄&尾巨桉。树种对切断根系或去除凋落物的响应不一致，切断根系后纹荚相思和木麻黄土壤NO3--N含量显著高于对照，对铵态氮（NH4+-N）含量影响不显著；切断根系和去除凋落物处理后土壤硝化作用均增强，对尾巨桉的影响达显著水平（P & 0.05）；切断根系和去除凋落物均显著降低尾巨桉和纹荚相思土壤微生物量氮（MBN）含量，对土壤可溶性有机氮（DON）的影响与之相反。土壤NO3--N与土壤MBN之间存在极显著的负相关关系（r=-0.671，P & 0.01），与土壤DON呈极显著正相关（r=0.900，P & 0.01），土壤DOC与NO3--N、NH4+-N之间分别存在显著的负相关（r=-0.413，P & 0.05）和极显著的正相关关系（r=0.461，P & 0.01）。
切断根系&&&&
去除凋落物&&&&
硝态氮&&&&
铵态氮&&&&
可溶性有机氮&&&&
微生物量氮&&&&
滨海沙地&&&&
Effects of different carbon input methods on soil nitrogen pool of coastal shelter forest
LIN Baoping1,2,
LIN Sizu1,2,
HE Zongming1,2,
GAO Shilei1,2,
DONG Qiang1
College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, C
State Forestry Administration Engineering Research Center of Chinese Fir, Fuzhou, Fujian 350002, C
Changle Dahe State-Owned Protection Forest Farm of Fujian Province, Changle, Fujian 350212, China
Litter removal, root cut and control were employed to examine the effects of organic matter input on soil nitrogen in three different plantations (Eucalyptus urophylla×E. grandis, Acacia aulacocarpa and Casuarina equisetifolia) in a sandy coastal plain area. The results showed that the content of mineral nitrogen in coastal sandy land was between 2.91 and 4.49 mg·kg-1
and much lower than that in inland forest soil. The order of soil mineral nitrogen content was Acacia aulacocarpa & Casuarina equisetifolia & Eucalyptus urophylla×E. grandis. There were significant differences in the content of nitrate nitrogen in the soil of different tree species and showed that Acacia aulacocarpa & Casuarina equisetifolia & Eucalyptus urophylla×E. grandis. The response of tree species to root or litter removal was varied significantly. After root cut, the content of nitrate nitrogen in soil was significantly higher than that of control, while the effect of the content of ammonium nitrogen was insignificant. At the same time, the soil nitrification in three plantations was enhanced after root cut or litter removal and it had a significant impact on Eucalyptus urophylla×E. grandis(P & 0.05). Additionally, the content of MBN in Eucalyptus urophylla×E. grandis and Acacia aulacocarpa had a significant decrease after litter removed or root cut and the contents of DON had a significant increase.Correlation analysis suggested that there was a significant negative relationship between the soil nitrate nitrogen and MBN (r=-0.671, P & 0.01), while there was a significant positive relationship between the soil nitrate nitrogen and DON(r=0.900, P & 0.01). DOC concentrations were negatively correlated with nitrate nitrogen (r=-0.413, P & 0.05) and positively correlated with ammonium nitrogen(r=0.461, P & 0.01), respectively.
Key words:
root cut&&&&
litter removal&&&&
nitrate nitrogen&&&&
ammonium nitrogen&&&&
dissolved organic nitrogen&&&&
microbial biomass nitrogen&&&&
coastal sandy plain area&&&&
土壤氮素通常占整个森林生态系统氮储量的90%以上[]，森林土壤氮素的转化与循环是森林生态系统氮素循环中最重要和最活跃的部分，影响土壤的质量和森林生态系统的生产力，其微小的变化都会改变整个森林生态系统的氮素平衡。森林土壤氮素主要来自于生物固氮、凋落物归还、人为施肥、氮沉降等，而氮素的输出途径主要有氮挥发、氮淋溶损失、植物根系吸收等，其中，根系和凋落物是植物体影响土壤氮素循环的最主要途径。通过凋落物的添加和去除(detritus input and removal treatments, DIRT)试验来探究植物根系和凋落物对土壤氮素的影响，根系去除处理阻断了植物对氮素的吸收，对壕沟小区内土壤氮素循环影响较大，地上凋落物的移除对氮循环影响较小[]。然而，HOLUB et al[]认为凋落物和根系处理对土壤氮循环的影响均不显著。此外，大气氮沉降也是影响DIRT试验的重要因素。土壤中的氮主要以有机氮和无机氮(以硝态氮和铵态氮为主)2种形式存在，其中硝态氮(NO3 --N)和铵态氮(NH4 +-N)是植物从土壤中吸收氮源的主要形态，可溶性有机氮(dissolved organic nitrogen, DON)和土壤微生物量氮(microbial biomass nitrogen, MBN)是土壤氮素活性组分，影响土壤养分的有效性和流动性[]，同时能够反映土壤有机氮的矿化能力，可以作为反映土壤矿化和固持能力的指标。
氮素是植物生长的必要元素，但过量的氮素会导致森林生态系统的氮饱和现象，亚热带地区是氮沉降最严重的地区，有研究表明氮素不再是该地区植物生长的限制性因子，但目前对亚热带地区氮素循环的研究多集中于内陆森林土壤，对滨海沙地人工林土壤氮素循环的认识还十分有限，亚热带滨海沙地雨热同期，多台风强降雨天气，同时砂质土壤渗透性极强，不利于氮素的固持，夏季高强度的降雨容易造成土壤氮素淋溶损失，在严重氮沉降和氮淋溶背景下滨海沙地土壤氮素循环特征还未可知，因此探究亚热带滨海地区人工林土壤氮素保持机制的影响因子至关重要。土壤凋落物和根系是植物体影响土壤氮素循环的主要途径，改变地上、地下碳输入是探究植物体对土壤氮素影响的有效方法。为此，以3种典型沿海防护林树种尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis, Euc)、纹荚相思(Acacia aulacocarpa Benth., Aca)、木麻黄(Casuarina equisetifolia J R Forst & G.Forst., Cas)人工林为研究对象，通过设置切断根系、去除地表凋落物处理来探究滨海沙地人工林土壤氮素特征，探究根系和凋落物在土壤氮素循环中所扮演的角色，以期为中国沿海防护林土壤氮素循环提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于福建省东南部长乐大鹤国有防护林场，北纬25°96′，东经119°68′，东临东海，属南亚热带海洋性季风气候，温和多雨，年降水量达1 196-1 771 mm，年平均气温19.2 ℃，最高气温35 ℃，最低气温0 ℃，年积温7 400-7 700 ℃。试验地土壤均为滨海风积砂土，砂层6-10 m，保水能力低，土壤极度贫瘠，有机质聚集于0-10 cm表层。该地沿海防护林为人工纯林，林下植被稀少，常见零星植被有大蓟(Cirsium japonicum Fisch.ex DC.)、马樱丹(Lantana camara Linn.)、茅莓(Rubus parvifolius L.)，一点红[Emilia sonchifolia (L.)DC.]等。尾巨桉、纹荚相思、木麻黄均为2003年春在湿地松(Pinus elliottii Engelm.)采伐迹地上营造的，林分的生物量和土壤基本理化性质见。其中，年凋落物量采用凋落物框收集法获得，收集时间为2014年9月至2015年8月每月下旬。2015年1月对各林分进行每木检尺，调查其生长量；土壤容重采用200 cm3环刀测定；使用酸度计测定土壤pH值，水土比为2.5 : 1。
表 1 试验地人工林基本概况1)
Table 1 Site features under the three forest types
林分类型Foresttypes平均胸径DBH/cm平均树高Tree height/m密度Density/(tree·hm-2)容重Bulk density/(g·cm-3)土壤全碳Soil total C/(g·kg-1)土壤全氮Soil total N/(g·kg-1)土壤碳氮比Soil C/Nrate年凋落物量Litter biomass/(t·hm-2·a-1)pH
Euc14.63 (0.28)19.28 (0.23)1 2501.32 (0.03)3.65 (0.43)0.35 (0.05)10.41 (1.19)9.885.48 (0.14)
Aca10.61 (0.68)10.60 (0.26)1 5001.47 (0.03)4.13 (0.44)0.40 (0.04)10.62 (1.35)8.534.96 (0.04)
Cas11.61 (0.56)11.32 (0.46)1 9031.24 (0.08)4.42 (0.39)0.47 (0.01)9.51 (0.52)16.765.06 (0.04)
1)括号中数据为标准误(n=4)。Note : figures in brackets indicate standard errors.
2014年7月，在3种人工林内分别设置4个20 m×20 m样地，每个样地内随机布设3个2 m×2 m的小区。采用完全随机区组设计方法分别在小区内设置3种处理：(1)去除凋落物层，将地上部分枯枝落叶清除后，在小区上方1 m高处用网框截留枯枝落叶；(2)切断根系，沿小区四周挖1 m深壕沟，并埋入尼龙网隔断新的根系进入；(3)对照，不做人为干扰，保持天然状态下的凋落物和根系输入。
1.2 样品采集与测定
2015年7月，在每个处理内随机选取3个点，使用内径2.5 cm土钻取各点0-10 cm土层土壤，去除残留的凋落物、可见根系，充分混匀后立即冷藏带回室内。在室内取部分样品过2 mm筛后置于4 ℃冰箱中，用氯仿—熏蒸浸提法测定MBN[]，冷水浸提方法测定土壤DON[]。使用2 mol · L-1的KCl溶液(土: KCl=1 : 4)浸提土壤中的矿质氮(NH4 +-N 、NO3 --N)，并采用全自动连续流动分析仪测定。另取部分土样自然风干后过0.149 mm筛，采用碳氮元素分析仪测定土壤全碳和全氮含量。
1.3 数据处理与分析
所有的数据统计与分析均基于SPSS Statistics 17.0和Excel 2003软件，相关图表在Excel 2003中完成。采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和多重比较(least-significant difference，LSD)法对比同一树种不同处理间以及不同树种相同处理间各氮素成分的差异显著性。显著性水平设置为P=0.05。采用相关分析方法分析土壤各氮素指标之间的相关性。
2 结果与分析
2.1 不同处理下土壤矿质氮含量特征
对照处理下3种人工林土壤矿质氮含量表现为纹荚相思&木麻黄&尾巨桉，其中尾巨桉与纹荚相思土壤矿质氮含量差异显著(P & 0.05)，3种人工林土壤NH4 +-N含量差异不显著，但NO3 --N含量差异显著(P & 0.05)，表现为纹荚相思&木麻黄&尾巨桉。切断根系和去除凋落物处理均显著降低尾巨桉土壤NH4 +-N含量(P & 0.05)，去除凋落物处理显著降低了木麻黄土壤NH4 +-N含量(P & 0.05)，对纹荚相思土壤NH4 +-N影响不显著[]；切断根系或去除凋落物1 a后，3种人工林土壤NO3 --N含量均升高，其中，切断根系处理对纹荚相思和木麻黄的影响达到显著水平(P & 0.05)[]。
图 1 3种人工林不同处理下土壤矿质氮含量
Fig. 1 Content of mineral nitrogen under different treatments of three plantations
注：图中横条为标准误(n=4)，同一树种不同处理间未出现相同小写字母表示差异显著(P &#60; 0.05)，相同处理不同树种间未出现相同大写字母表示差异显著(P &#60; 0.05)。
Note : bars indicate standard error(n=4), figures lack of a same lowercase letter in the same species under different treatments indicated significant differences between the different treatments, figures lack of a same lowercase letter in the same treatment under different species indicated significant differences between the different species (P &#60; 0.05).
切断根系处理均提高土壤矿质氮含量，这与土壤NO3 --N含量对该处理的响应一致，去除地表枯枝落叶层后，尾巨桉土壤矿质氮含量显著降低(P & 0.05)，对其余2种树种的影响并不一致[]。NO3 --N含量占矿质氮含量的比重可以反映土壤硝化作用的强弱，切断根系和凋落物均提高了NO3 --N在矿质氮中的比重，其中，对尾巨桉的影响均达显著水平(P & 0.05)[]，说明去除凋落物或切断根系处理后土壤硝化作用增强。
2.2 不同处理对DON 、MBN的影响
尾巨桉人工林土壤DON含量显著低于纹荚相思和木麻黄人工林，除木麻黄DON含量在去除凋落物后有所降低外，切断根系或去除凋落物后人工林土壤DON含量均高于对照组。与可溶性有机氮对切断根系和去除凋落物的响应相反，切断根系或去除凋落物后3种人工林土壤微生物量氮均低于对照组，其中对尾巨桉和纹荚相思的影响达显著水平(P & 0.05)。切断根系或去除凋落物后，尾巨桉和纹荚相思人工林的土壤MBN/TN均显著低于对照组(P & 0.05)()。
表 2 3种人工林不同处理下DON和MBN含量的变化1)
Table 2 Change of the soil dissolved organic nitrogen and microbial biomass nitrogen under different treatment of three plantations
林分类型Forest types处理Treatment可溶性有机氮含量DON content/(mg·kg-1)微生物量氮含量MBN content/(mg·kg-1)微生物量氮:全氮MBN:TN/%
Ecu对照Control0.64 (0.04)Aa19.70 (1.11)Bb5.77 (0.79)Bb
切断根系Root cut0.92 (0.12)Aa7.18 (0.31)Ba1.88 (0.13)Ba
去除凋落物Litter removal0.72 (0.03)Aa8.24 (0.86)Ba2.17 (0.35)Ba
Aca对照Control2.70 (0.25)Ba5.04 (0.43)Ab1.30 (0.14)Ab
切断根系Root cut5.44 (0.10)Cb2.91 (0.35)Aa0.76 (0.12)Aa
去除凋落物Litter removal4.31 (0.15)Cc2.85 (0.20)Aa0.83 (0.06)Aa
Cas对照Control1.99 (0.30)Ba7.44 (0.71)Ab1.62 (0.19)Aab
切断根系Root cut3.42 (0.19)Bb8.96 (0.37)Cb2.09 (0.10)Bb
去除凋落物Litter removal1.43 (0.23)Ba4.30 (0.96)Aa1.10 (0.29)Aa
1)括号中数据为标准误(n=4)，未出现相同小写字母表示同一树种不同处理间的差异显著(P & 0.05)，相同处理不同树种间未出现相同大写字母表示差异显著(P & 0.05)。Note : figures in brackets indicate standard errors(n=4), figures lack of a same lowercase letter in the same species under different treatments indicated significant differences between the different treatments(P & 0.05), figures lack of a same capital letter in the same treatment under different species indicated significant differences between the different species (P & 0.05).
表 3 土壤氮素各指标之间的相关性分析1)
Table 3 Correlation coefficients among soil nitrogen indices
项目Items全碳Total C全氮Total N土壤碳氮比Soil C/N rate硝态氮NO3--N铵态氮NH4+-N可溶性有机碳DOC可溶性有机氮DON微生物量碳MBC微生物量氮MBN土壤pHSoil pH
全碳Total C1
全氮Total N0.771**1
土壤碳氮比Soil C/N rate0.776**0.2131
硝态氮NO3--N-0.1060.056-0.2481
铵态氮NH4+-N0.3670.3320.2400.0741
可溶性有机碳DOC0.534**0.2820.556**-0.413*0.461**1
可溶性有机氮DON-0.0580.017-0.1460.900**0.138-0.2031
微生物量碳MBC0.2190.0100.341*-0.2580.2030.488**-0.2101
微生物量氮MBN0.187-0.0590.380*-0.671**0.2640.437**-0.552**0.491**1
土壤pHSoil pH-0.050-0.1970.115-0.739**-0.1450.074-0.748**0.1810.571**1
1)*表示在0.05水平(双侧)上显著相关，* *表示在0.01水平(双侧)上显著相关。Note :
* two tailed correlation to P & 0.05 significant level,
* * two tailed correlation to P & 0.01 significant level.
2.3 土壤碳氮各组分之间的相关性
相关分析表明，土壤NO3 --N与DON之间存在极显著正相关(P & 0.01)，与MBN存在极显著负相关(P & 0.01)。与DON和MBN相对应的可溶性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)和微生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)可同时表征土壤状况，对碳输入的改变具有敏感响应。土壤DOC与NO3 --N 、NH4 +-N分别具有显著的负相关和极显著的正相关，DON与MBN之间也呈极显著负相关关系(P & 0.01)。NH4 +-N与NO3 --N 、DON 、MBN均之间相关性均不显著。土壤pH与NO3 --N 、DON均存在极显著负相关(P & 0.01)，与MBN存在极显著正相关(P & 0.01)。
3 结论与讨论
3.1 滨海沙地不同人工林土壤矿质氮特征
3种人工林对照组的土壤矿质氮含量范围为2.91-4.49 mg · kg-1，与陈书信等[]对中国滨海沙地土壤的研究结果相近，但远低于内陆森林土壤(北京九龙山棕壤[] 、福建九龙岭赤红壤[] 、福建中部山地红壤[])。滨海沙地土壤养分贫瘠，可参与矿化作用的底物较少，同时土壤砂粒含量大，难以形成团粒结构，导致土壤渗透性强，保水能力弱，并且滨海地区降水丰富，土壤NO3 --N在这种环境下极易被淋溶而损失。气候和土壤质地可能是造成滨海沙地土壤矿质氮含量远低于内陆森林土壤的主要原因。
林分组成是决定土壤氮素组分的重要因素，对照组尾巨桉、纹荚相思、木麻黄土壤NO3 --N含量占矿质氮含量比重分别为17% 、62% 、44%，该比值是土壤矿化作用输入、硝化与反硝化作用、植物根系吸收、硝态氮淋溶损失等综合作用的结果，在一定程度上反映了土壤硝化作用的强弱。通气状况良好的土壤有利于硝化作用的进行，NO3 --N可能成为植物吸收的主要氮源[]。尾巨桉是速生树种，对土壤速效养分的需求量大，可能是导致其土壤NO3 --N含量显著低于纹荚相思和木麻黄的主要原因。
3.2 切断根系处理对土壤矿质氮的影响
土壤中的矿质氮是有机质矿化作用的产物，又通过硝化作用、反硝化作用、动植物和微生物吸收利用、淋溶损失等途径从土壤中输出，其输入、输出速率和氮素形态之间的相互转换决定了土壤中矿质氮的含量。切断根系处理后3种人工林土壤矿质氮含量均高于对照，其中土壤NO3 --N含量的贡献大于NH4 +-N，且切断根系显著提高了土壤NO3 --N在矿质氮中的比重。这与ROSS et al[]对19年生杉木林做切断根系处理后得出的结果相似。通常，根系分泌的酚类物质和有机酸能够抑制硝化作用的进行，切断根系后解除了该抑制，硝化作用增强；同时，根系是植物吸收氮的主要器官，切断根系后阻断了土壤NO3 --N在根系上的输出；当植物吸收氮的途径被切断后，土壤微生物会产生过量的NH4 +和NO3 -[]。但同时根系分泌的有机物质和根凋落物容易被微生物利用矿化成矿质氮，是土壤矿质氮的来源之一，这一来源仅占土壤中氮的1%-2%[]。因此，由植物根系引起的矿质氮输出大于由根系输入的矿质氮来源是切断根系后土壤矿质氮含量高于对照的主要原因。
3.3 去除凋落物处理对土壤矿质氮的影响
凋落物是生态系统中土壤氮素的重要输入，是调控土壤氮素平衡的重要途径，能够决定土壤有机质氮库的大小。有关去除凋落物对土壤矿质氮的影响研究表明：森林凋落物中含有的水溶性物质和碳水化合物可以作为土壤矿物层氮素的源和库，凋落物可以促进氮矿化和提高硝化速率[]。但也有研究表明凋落物对土壤氮素无显著影响[]。本研究结果显示，不同树种土壤矿质氮含量对去除凋落物的响应不同，去除凋落物处理后纹荚相思和木麻黄人工林土壤矿质氮含量高于对照，但去除凋落物后尾巨桉土壤NH4 +-N含量显著降低，从而降低了尾巨桉土壤矿质氮含量。这与马红亮等[]研究结果相似。凋落物是土壤矿质氮的重要来源，去除凋落物后土壤NH4 +-N含量降低可能与失去来自凋落物中的氮源有关。但同时，由于不同树种凋落物的质和量不同导致其分解速率不同，所分解得到的氮素成分与含量存在差异，导致不同树种对去除凋落物处理的响应不一致。此外，日益严重的大气氮沉降所增加的外源氮可能掩盖由去除凋落物所损失的那部分氮，干扰了处理对氮素的影响。去除凋落物后3种人工林土壤NO3 --N在矿质氮中的比重均升高，表明硝化作用增强。通气状况良好的土壤有利于硝化作用的进行。去除凋落物后增加了表层土壤与大气的接触，能够为硝化作用提供充足的氧气，可能是导致土壤硝化作用增强的原因。
3.4 土壤DON与MBN在土壤氮素循环中的作用
去除凋落物和切断根系后尾巨桉和纹荚相思人工林土壤MBN含量均显著低于对照组，这与SAYER et al[] 、LI et al[]的研究结果一致。微生物是土壤养分转化与循环的驱动力，其数量和活跃程度与土壤中的有机碳密切相关，切断根系和去除凋落物限制了地上、地下有机碳的输入，可能是导致这一结果的主要原因。土壤DON含量对切断根系和去除凋落物的响应与MBN相反。土壤DON可直接或转化后被植物根系吸收，切断根系处理后原先预被根系吸收的那部分DON在土壤中积累导致其含量升高。这可能是切断根系后3种人工林土壤DON含量均高于对照的原因。同时，DON具有很强的移动性，易发生径流或淋溶损失，去除凋落物后表层土壤直接被雨水冲刷，易导致DON的损失，但本试验结果表明，去除凋落物后尾巨桉和纹荚相思土壤DON含量均高于对照，这可能与凋落物在被微生物分解过程中需要以DON为底物有关。凋落物一方面通过在其分解过程中消耗DON，一方面通过覆盖地表保护DON不受淋溶损失，是综合作用的结果。
3.5 土壤碳氮各组分之间的相关性
土壤氮素的固定、转化与损失与土壤微生物的数量和活性密切相关，而土壤微生物量碳、氮可以反映土壤微生物的数量，有研究表明，土壤矿质氮主要来自于微生物对氮的释放[]，土壤微生物量碳氮之间、微生物量氮与土壤矿质氮具有正相关关系[]，但本研究相关分析表明，土壤MBN与NO3 --N含量极显著负相关(P & 0.01)，这与以往的研究结果相反，土壤中反硝化微生物能够将NO3 --N还原成N2O和N2，造成土壤氮素损失，可能是MBN与NO3 --N存在极显著负相关的原因之一，同时，土壤pH值与NO3 --N极显著负相关，与MBN极显著正相关，该地区酸性土壤能够抑制硝化作用的进行，而反硝化作用在pH值为3.5-11.2的环境中均可进行，因此，在反硝化微生物作用下NO3 --N被还原成N2O和N2而损失。土壤DOC与NO3 --N和NH4 +-N均具有显著的相关性，说明对土壤中不同方式的碳源输入可能通过改变土壤中的碳素成分或含量来影响矿质态氮含量，土壤矿质态氮含量的变化受到DOC的控制。
参考文献(References)
KAYE J P, BINKLEY D, RHOADES C. Stable soil nitrogen accumulation and flexible organic matter stoichiometry during primary floodplain succession[J].
Biogeochemistry, ): 1–22.
NADELHOFFER K J, BOONE R D, BOWDEN R D, et al. The DIRT experiment:litter and root influences on forest soil organic matter stocks and function[M]//FOSTER D R, ABER J D. Forests in Time:the Environmental Consequences of 1000 Years of Change in New England. New Haven:Yale University Press, .
HOLUB S M, LAJTHA K, SPEARS J D H, et al. Organic matter manipulations have little effect on gross and net nitrogen transformations in two temperate forest mineral soils in the USA and central Europe[J].
Forest Ecology and Management, /2/3): 320–330.
张彪, 高人, 杨玉盛, 等. 万木林自然保护区不同林分土壤可溶性有机氮含量[J].
HUANG Z Q, WAN X H, HE Z M, et al. Soil microbial biomass, community composition and soil nitrogen cycling in relation to tree species in subtropical China[J].
Soil Biology and Biochemistry, ): 68–75.
CURTIN D, WRIGHT C E, BEARE M H, et al. Hot water-extractable nitrogen as an indicator of soil nitrogen availability[J].
Soil Science Society of America Journal, ): .
陈书信, 王国兵, 阮宏华, 等. 苏北沿海不同土地利用方式冬季土壤氮矿化速率比较[J].
张连金, 赖光辉, 孙长忠, 等. 北京九龙山土壤质量综合评价[J].
王纪杰, 王炳南, 李宝福, 等. 不同林龄巨尾桉人工林土壤养分变化[J].
陈爱玲, 林德喜, 张国防, 等. 杉木施肥17年后土壤养分的变化[J].
霍常富, 孙海龙, 范志强, 等. 根系氮吸收过程及其主要调节因子[J].
ROSS D J, SCOTT N A, TATE K R, et al. Root effects on soil carbon and nitrogen cycling in a Pinus radiata D. Don plantation on a coastal sand[J].
Australian Journal of Soil Research, ): .
DAHLGREN R A, DRISCOLL C T. The effects of whole-tree clear-cutting on soil processes at the Hubbard Brook experimental forest, New Hampshire, USA[J].
Plant and Soil, ): 239–262.
USELMAN S M, QUALLS R G, THOMAS R B. A test of a potential short cut in the nitrogen cycle:the role of exudation of symbiotically fixed nitrogen from the roots of a N-fixing tree and the effects of increased atmospheric CO2 and temperature[J].
Plant and Soil, ): 21–32.
TAN X, CHANG S X. Soil compaction and forest litter amendment affect carbon and net nitrogen mineralization in a boreal forest soil[J].
Soil and Tillage Research, ): 77–86.
马红亮, 闫聪微, 高人, 等. 林下凋落物去除与施氮对针叶林和阔叶林土壤氮的影响[J].
SAYER E J, HEARD M S, GRANT H K, et al. Soil carbon release enhanced by increased tropical forest litterfall[J].
Nature Climate Change, ): 304–307.
LI Y Q, XU M, ZOU X M, et al. Soil CO2 efflux and fungal and bacterial biomass in a plantation and a secondary forest in wet tropics in Puerto Rico[J].
Plant and Soil, ): 151–160.
BONDE T A, SCHNVRER J, ROSSWALL T. Microbial biomass as a fraction of potentially mineralizable nitrogen in soils from long-term field experiments[J].
Soil Biology and Biochemistry, ): 447–452.
王淑平, 周广胜, 孙长占, 等. 土壤微生物量氮的动态及其生物有效性研究[J].