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城乡梯度森林土壤有效氮季节动态_图文

第 31卷第 1期 2009年 2月

江西 农 业大 学 学 报 Acta Agr icu lturae Un iversitatis Jiangx iensis

文章编号: 1000- 2286( 2009) 01- 0137- 07

Vo.l 31, No. 1 F eb. , 2009

城乡梯度森林土壤有效氮季节动态

余明泉1, 2, 杜天真 1, 陈伏生3* , 胡小飞 3
( 1. 江西农业大学 园林与艺术学院, 江西 南昌 330045; 2. 江西科 技师范 学院 生物系, 江 西 南 昌 330038; 3. 南 昌大学 生命科学学院, 江西 南昌 330031)

摘要:

亚热带地区土壤中有效氮主要以铵

态氮

(

NH

+ 4

- N )和硝态氮 ( NO3-

- N )形式存 在, 是限 制林木生 长的主

要因子。以位于南昌市城乡生态界面的湿地松 ( P inus ellio ttii)人工林为研究对象, 开展城 区、郊 区、乡村 3个不

同梯度土壤有效氮月份动态监测。结果表明: 不同月份对 土壤有 效氮的影 响差异 极显著 ( P < 0. 001), 土 壤有

效氮具有明显的季节波动; 城乡梯度对土 壤有效氮、硝态氮 占矿质 氮的比 例 ( 相对硝化 速率 ) 的影 响差异 极显

著 (P < 0. 001), 其中土壤铵 态氮的年平均含量为城区 > 郊区 = 乡村, 而硝态 氮、矿 质氮和相对 硝化速率 均为城

区 > 郊区 > 乡村。可见, 城市化过程不仅 影响森林土壤有效氮的 总量, 还影响其形 态组成; 硝态氮 是城区 和郊

区森林土壤中有效氮的主要形式, 而铵态 氮是乡村森林土壤中有效氮的主要形式。因此, 在城市森林管 理中应

加强土壤硝态氮的养分管理。

关键词: 有效氮; 城乡梯度 ; 城市森林; 人工松林; 南昌市 中图分类号: S714. 8 文献 标识码: A

Seasonal Variation in Soil N itrogen Availability in Forest along an U rban- to- Rural G radient

YU M ing- quan1, 2, DU T ian- zhen1, CH EN Fu- sheng3* , HU X iao- fei3

( 1. College of Landscape A rch itecture and A r,t JAU, N anchang 330045, Ch ina; 2. Departm ent of B io-l ogy, Jiangx i Sc ience& T echno logy Norm al University, Nanchang 330038, Ch ina; 3. Co llege o f L ife Sciences, N anchang U niversity, Nanchang 330031, Ch ina)

Abs tract:

Availab le nitrogen

ex isting

as ammonium

n itrogen

(

NH

+ 4

-

N)

and n itrate nitrogen ( NO-3 - N )

in so il is the im po rtant factor restricting the g row th of trees in subtropical area. T he m onth ly dynam ic changes

of so il ava ilable nitrogen w ere m onitored from such three gradients as urban, suburb and rural based on P inus

ellio ttii plantations a long an urban- rural transect in Nanchang C ity. The results show ed that m onths had ex-

trem e ly significant influence on soil available n itrogen w ith an obv ious seasona l fluctuation ( P < 0. 001) . And

the im pact o f urban- rura l grad ient on availab le n itrogen and the re lative rate of nitrificat ion w as extrem ely re-

m arkab le ( P < 0. 001) . Annual average of amm onium n itrogen content in soil on d ifferent ecolog ical transect

is: urban> suburb= rura,l but n itrate n itrogen, ava ilable nitrogen and re lative rate of nitrificat ion all are: ur-

ban> suburb> rura.l So, urban izat ion process affects no t on ly the total am ount of ava ilable n itrogen in forest

soil but also its form com position. N itrate n itrogen is the m ain form o f ava ilab le n itrogen in urban and suburb

收稿日期: 2008- 09- 09 修回日期: 2008- 12- 02 基金项 目: 国 家 自 然 科 学 基 金 ( 30600473)、江 西 省 自 然 科 学 基 金 ( 2007GQN 1935) 和 江 西 省 教 育 厅 科 技 项 目 ( G JJ08055& G JJ08373) 作者简介: 余明泉 ( 1968- ), 男, 博士生, 主要从事森林土壤 氮素转化研 究, E- m a i:l yum ingquan_68@ 163. com; * 通 讯作者: 陈伏生, E- ma i:l chenfush@ ho tm a i.l com。

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江西 农业 大学 学报

第 31卷

forest so i,l but amm onium nitrogen in rura.l T herefo re, in urban forest m anagem en,t m ore e ffo rts should be m ade to m anage the nutrient of nitrate nitrogen in so i.l
K ey w ords: available n itrogen; urban- to- rura l g radien;t urban fores;t artificia l p ine fores;t Nanchang C ity
城市化是人类社会经济发展的必然趋势, 但城市化的发展也给城市生态环境建设带来巨大的压力 和挑战, 城市森林受到频繁的干扰和破坏, 导致森林生态功能下降。由于人类活动的加剧, 城市化改变 了城市的水热分布状况, 使得温度、湿度等生态因子在城区 - 郊区 - 乡村的生态界面上形成了相应的递 增或递减梯度 [ 1, 2] , 影响着城市森林土壤的氮素矿化过程 [ 3] , 从而改变了城市森林生态系统的氮素循环 及其养分平衡, 而养分循环是城市森林生态系统中关键的生态过程, 土壤有效氮影响城市森林中植物的 生长、发育及其生态系统服务功能的发挥 [ 4] 。因此, 研究城市化对森林土壤氮素转化的影响具有十分 重要的意义。
自 18世纪末以来, N 矿化是土壤 N 循环的核心, 控制着植物 N 有效性 [ 5] , 也一直是科学家研究的 中心。但近些年来, 在氮素转化、循环及其有效性的研究中, 有机氮成为研究者关注的重点, 在苔原、高 山、亚高山、北方针叶林、甚至温带阔叶林中, 研究者们发现土壤有机氮是植物吸收的重要来源 [ 6~ 11] 。 不过, 目前来看, 热带和亚热带地区, 森林土壤中有效氮仍主要以铵态氮和硝态氮形式存在 [ 12] , 是植物 从土壤中吸收氮素的主要形态。由于氮可利用性限制植物对土壤氮养分利用效率, 直接影响到陆地生 态系统的生产力 [ 13 ] , 并且与植物多样性、群落演替、生态系统可持续性之间存在反馈关系 [ 14 ] 。因此, 氮 有效性的研究不仅对于揭示森林生态系统功能和氮生物地球化学循环过程的本质有重要意义, 而且也 是评价森林生态系统稳定性和生态系统服务的重要依据 [ 15] 。
本研究以南昌市 / 城区 - 郊区 - 乡村 0森林生态样带为研究对象, 通过对森林土壤有效氮每月的定 位监测, 开展城乡梯度生态界面中铵态氮、硝态氮和矿质氮的动态研究, 探寻城市森林生态系统土壤有 效氮含量、形态组成及其转化规律, 提高城市化对自然生态系统影响的认识, 为科学经营和管理城市森 林提供科学依据。
1 研究地区与研究方法
1. 1 研究地区概况 南昌市位于东经 115b27c~ 116b35c, 北纬 28b09c~ 29b11c, 气候湿润温和, 属亚热带季风区, 雨量充
沛, 四季分明, 春秋短, 夏季长, 年平均气温 17. 5 e , 年降雨量 1 600 ~ 1 800 mm, 年平均相对 湿度为 77% , 年日照时间 1 900. 5 h, 年平均风速 2. 5 m / s, 年无霜期 291 d。境内多为黄红壤土, 城区降水 pH 值范围 3. 65~ 7. 20, pH 值平均为 4. 34[ 16] 。
试验区域位于从南昌市中心沿 105国道一直向北 30 km 的范围内, 样带从人民公园始向北延伸经 过郊区的环球公园到达新建县溪霞乡, 沿样带自然地理条件变化不大。分别在城区 ( 人民公园 PP、南昌 农校校区 NN) 、郊区 (环球公园内 AW、乐化高速公路旁 HW )、乡村 ( 溪霞乡的溪霞森林公园 XX1、XX2) 各选取 2块人工湿地松 ( P inus elliottii)林典型样地作为城乡梯度生态研究界面 [ 1, 17] , 共 6 个样地, 树龄 均在 15 a左右, 土壤质地基本一致, 样地土壤均为红壤, 其基本理化性质见表 1。 1. 2 试验方法 1. 2. 1 野外样品的采集 土样的选取分别在城区、郊区、乡村生态界面选取的 6块样地上进行, 取样时 样地均没有明显的干扰迹象, 坡度、坡向尽量一致。在每个样地内各选取 20 m @ 20 m 的样方, 随机选 取 4个点取土样, 各点相互间隔一定的距离, 彼此互不干扰。在每个点上分别用土钻钻取 15 cm 深的土 柱, 取出后立即带回实验室分析, 测定其铵态氮和硝态氮的含量。第 1次取样在 2007 年 1月 28日进 行, 以后每个月定期取样 1次, 至 2007年 12月 28日止, 共 12次。 1. 2. 2 样品测定与分析 铵态氮用靛酚兰比色法测定; 硝态氮含量用镀铜镉还原 - 重氮偶合比色法测 定; 土壤有机碳用油浴 - 高铬酸钾容量法测定; 土壤全氮用开氏消煮法测定; 土壤全磷用浓硫酸 - 高氯 酸催化消煮, 钼锑抗比色法测定; 土壤容重用环刀法测定; pH 值用 1B2水溶液, pH 计测定 [ 18] 。

第 1期

余明泉等: 城乡梯度森林土壤有效氮季节动态

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表 1 样地表层 ( 0~ 15 cm )土壤基本特性 Tab. 1 Ch arac ter istics of surface soil( 0~ 15 cm ) in study site s

样地

土壤容重 /g# cm- 3

pH 值

有机碳 /m g# g- 1

全氮 /mg# g- 1

全磷 /mg# g- 1

碳氮比

氮磷比

城区

PP 1. 27( 0. 06) a 5. 35( 0. 32) abc 6. 74( 0. 65) a 0. 59( 0. 08) c 0. 30( 0. 02) b 12. 16( 2. 31) a 1. 98( 0. 27) b NN 1. 07( 0. 06) ab 5. 94( 0. 74) a 14. 00( 2. 19) a 0. 90( 0. 10) abc 0. 80( 0. 22) a 15. 29( 0. 87) a 1. 34( 0. 26) b 郊区

AW 1. 11( 0. 05) ab 4. 34( 0. 08) c 11. 49( 1. 49) a 1. 17( 0. 07) a HW 1. 15( 0. 07) ab 4. 87( 0. 17) abc 9. 42( 2. 81) a 0. 66( 0. 09) bc 乡村

0. 38( 0. 04) b 0. 29( 0. 02) b

9. 79( 1. 11) a 13. 69( 2. 33) a

3. 27( 0. 45) b 2. 27( 0. 24) b

XX 1 1. 04( 0. 04) ab 4. 48( 0. 06) bc 12. 52( 0. 54) a 1. 02( 0. 09) ab 0. 15( 0. 01) b 12. 48( 1. 01) a 7. 02( 0. 88) a

XX 2 0. 98( 0. 08) b 4. 33( 0. 01) c 10. 69( 1. 51) a 0. 97( 0. 06) ab 0. 15( 0. 01) b 10. 88( 1. 21) a 6. 81( 0. 65) a

注: 同一列中字母不相同的为差异显著, 括号内为标准误。

1. 3 数据处理与分析

土壤矿质氮

(

m

g

/ kg)

=

铵态氮

(

NH

+ 4

- N)

+ 硝态氮 ( NO-3

- N) 。土壤硝态氮占矿质氮的比 = 硝态

氮 /矿质氮, 本研究中将其定义为相对硝化速率 。 [ 19]

根据南昌气候条件和植物物候情况, 考虑到数据分析和结果讨论的方便, 本研究中将 3月、4月、5

月的监测数据归并, 统称为春季; 以此类推, 6月、7月、8月为夏季; 9月、10月、11月为秋季; 12月、1月、

2月为冬季。所有数据采用统计软件 SPSS for w indow s 11. 0中单因素方差分析和多因素分析; 显著和极

显著分别表示在 P = 0. 05和 P = 0. 001水平上差异。

2结 果

2. 1 城乡梯度铵态氮季节动态

从每月的铵态氮动态来看, 不同的生态界面森林土壤铵态氮均呈现高 - 低 - 高的变化格局, 最低值出 现在 9月份, 最高值出现在 11月份 (图 1A)。城区、郊区、乡村森林土壤铵态氮变化极差分别为 8. 64 m g /kg、 2. 88 mg /kg、3. 84 m g / kg, 说明城区森林土壤铵态氮月份间的波动较大。对城区、郊区和乡村的森林土 壤铵态氮分别进行方差分析, 结果表明不同月份对森林土壤铵态氮的影响差异极显著 ( P < 0. 001) ( 表 2) , 进一步说明土壤铵态氮月份间存在明显的波动。方差分析还表明, 不同生态界面及生态界面与月 份的交互作用对城乡梯度森林土壤铵态氮的影响差异极显著 ( P < 0. 001) ( 表 2) 。说明土壤铵态氮既 受到生态界面, 又受到季节变化的影响, 而且两者还存在明显的耦合作用。
对数据按季节进行方差分析, 结果表明季节对森林土壤铵态氮的影响差异显著 ( P < 0. 05), 说明森 林土壤铵态氮具有明显的季节波动性。对不同生态界面森林土壤铵态氮季节变化进一步比较分析表

明: 城区为秋季 > 春季 = 夏季 = 冬季; 郊区为春季 \冬季 \夏季 > 秋季; 而乡村季节变化差异不显著 ( 表 3) 。这可能是由于乡村森林受干扰少, 植物对铵态氮的吸收比较稳定。综合来看, 不同生态界面全 年铵态氮平均值表现为城区 > 郊区 = 乡村 (表 3) , 充分说明城市化过程的干扰影响铵态氮的水平, 使城 区森林土壤全年铵态氮平均值比乡村的高。
表 2 月份和生态界面对 土壤铵态氮、硝态氮、矿质氮和硝态氮占矿质氮比例的影响 Tab. 2 E ffects of month s and sites on so il NH+4 - N, NO-3 - N, m inera lN and re lat ive n itrification

影响因子

自由度 df

铵态氮

F

P

硝态氮

F

P

矿质氮

F

P

硝态氮占矿质氮比例

F

P

月份

11

生态界面

2

29. 79 11. 06

0. 000 0. 000

14. 93 260. 14

0. 000 0. 000

27. 40 304. 98

0. 000 0. 000

15. 88 435. 31

0. 000 0. 000

月份 @ 生态界面 22

7. 61 0. 000

3. 97 0. 000

7. 27 0. 000

3. 30 0. 000

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江西 农业 大学 学报

第 31卷

表 3 不同生态界面铵态氮、硝态氮、矿质氮和硝态氮占矿 质氮比的季节平均值、年平均值

Tab. 3

A v era ge

va lue

of

so

i

l

NH

+ 4

-

N,

NO3- - N,

m in eral N and relative n itrification in d ifferen t sites

生 态界面

季节

铵态氮 /m g# kg- 1

硝态氮 /m g# kg- 1

矿质氮 /mg# kg- 1

硝态氮占矿质氮比

城区

春季

1. 65( 0. 09) b

9. 33( 1. 26) b

10. 97( 1. 26) b

0. 76 ( 0. 03) a

夏季

1. 99( 0. 11) b

10. 97( 0. 92) b

12. 95( 0. 90) b

0. 80( 0. 02) a

秋季

4. 35( 0. 81) a

19. 13( 1. 43) a

23. 48( 1. 60) a

0. 83( 0. 03) a

冬季

2. 18( 0. 30) b

12. 17( 1. 00) b

14. 35( 1. 05) b

0. 82( 0. 02) a

年平均值

2. 54( 0. 23) A

12. 90( 0. 64) A

15. 44( 0. 70) A

0. 80( 0. 01) A

郊区

春季

2. 20( 0. 14) a

3. 16( 0. 27) b

5. 36( 0. 21) b

0. 55( 0. 03) c

夏季

1. 72( 0. 11) ab

3. 71( 0. 39) b

5. 43( 0. 36) b

0. 61( 0. 03) bc

秋季

1. 57( 0. 21) b

7. 03( 1. 04) a

8. 60( 0. 18) a

0. 75( 0. 03) a

冬季

1. 88( 0. 18) ab

7. 48( 0. 92) a

9. 36( 0. 95) a

0. 71( 0. 03) ab

年平均值

1. 84( 0. 08) B

5. 35( 0. 39) B

7. 19( 0. 41) B

0. 66( 0. 02) B

乡村

春季

1. 62( 0. 07) a

0. 30( 0. 03) c

1. 92( 0. 08) c

0. 16( 0. 01) c

夏季 秋季

2. 17( 0. 11) a 2. 02( 0. 34) a

0. 64( 0. 12) bc 2. 08( 0. 32) a

2. 81( 0. 17) bc 4. 10( 0. 56) a

0. 19( 0. 03) c 0. 46( 0. 04) a

冬季

1. 95( 0. 16) a

1. 16( 0. 19) b

3. 1( 0. 32) ab

0. 34( 0. 02) b

年平均值

1. 94( 0. 10) B

1. 05( 0. 11) C

2. 98( 0. 18) C

0. 29( 0. 02) C

注: 同一列中小写字母为同一生态界面内不同季节的差 异状况, 字母不相 同的为差异 显著; 同一列中 大写字 母为不 同生态界面之间年平 均值的差异状况, 字母不相同为差异显著; 括号内为标准误。
2. 2 城乡梯度硝态氮季节动态 从每月的硝态氮动态来看, 不同的生态界面森林土壤硝态氮也均呈现出高 - 低 - 高的变化格局, 反
映出植物在生长期较低而生长季末有所回升的趋势, 最低值出现在 4、5、6月份, 最高值出现在 11月份 ( 图 1B) 。城区、郊区、乡村森林土壤硝态氮变化极差分别为 17. 04 m g /kg、9. 52 m g / kg、2. 74 m g / kg, 反 映出城区硝态氮月份间的变化幅度较大, 这也与城区的干扰较为严重有关, 也说明了城市化会加剧对土 壤硝态氮的影响。
对城区、郊区和乡村的森林土壤硝态氮进行方差分析表明, 不同月份对森林土壤硝态氮的影响差异 极显著 ( P < 0. 001) (表 2) , 说明土壤硝态氮月份间存在明显的波动。不同生态界面及生态界面与月份 的交互作用对城乡梯度森林土壤硝态氮的影响差异也极显著 ( P < 0. 001) ( 表 2), 说明土壤硝态氮既与 季节的变化有关, 也明显受到城市化进程的影响。
对数据按季节统计分析, 结果表明季节对森林土壤硝态氮的影响差异显著 ( P < 0. 05) , 说明森林土 壤硝态氮也具有明显的季节波动性。城区森林土壤硝态氮秋季 > 春季 = 夏季 = 冬季; 郊区森林土壤硝 态氮为秋季 = 冬季 > 春季 = 夏季; 乡村森林土壤硝态氮为秋季 > 冬季 \夏季 \春季 ( 表 3) , 总体反映出 秋季高, 春、夏季低的季节变化。这是由于春夏季是植物生长季节, 消耗了大量的硝态氮而导致含量较低。
综合来看, 不同生态界面全年硝态氮平均值表现为城区 > 郊区 > 乡村, 反映出离城区越近森林土壤 硝态氮含量越高的变化趋势。

2. 3 城乡梯度矿质氮季节动态 对每月的矿质氮动态进行分析发现: 不同的生态界面森林土壤矿质氮均呈现高 - 低 - 高的变化格
局, 最低值出现在 4、5、6月份, 最高值出现在 11月份 ( 图 1C ) , 这和硝态氮的月动态变化规律相一致。 取城区、郊区、乡村森林土壤矿质氮变化极值分别为 25. 09 m g / kg、11. 77 m g / kg、5. 72 mg /kg, 反映出城 区矿质氮月份间的变化幅度较大, 也表明城市化会加剧土壤矿化过程的异质性。
对城区、郊区和乡村的森林土壤矿质氮方差分析表明, 不同月份对森林土壤矿质氮的影响差异极显 著 ( P < 0. 001) (表 2) , 说明土壤矿质氮月份间存在明显的波动。方差分析还表明, 不同生态界面及生 态界面与月份的交互作用对城乡梯度森林土壤矿质氮的影响差异极显著 ( P < 0. 001) ( 表 2), 说明城市 化和季节变化均对矿质氮含量产生极大的影响。

第 1期

余明泉等: 城乡梯度森林土壤有效氮季节动态

# 141#

图 1 不同生态界面森林土壤铵态氮 ( A )、硝态氮 ( B) 、矿质氮 ( C)、硝态氮占矿质氮比 ( D )季节动态

F ig. 1

Dyn am

ics

of

so

il

NH

+ 4

- N ( A ), NO3-

- N ( B ), m inera l N ( C )

and re lative n itr ification ( D ) in different s ites

(注: 同一月 份中小写字母为不同生态界面内同一月份的差异状况, 字母不相同的为差异显著。)

对数据按季节统计分析, 结果表明季节对森林土壤矿质氮的影响差异显著 ( P < 0. 05) , 说明森林土

壤矿质氮具有明显的季节波动。城区森林土壤矿质氮秋季 > 春季 = 春季 = 冬季; 郊区森林土壤矿质氮

为秋季 = 冬季 > 春季 = 夏季; 乡村森林土壤矿质氮为秋季 \冬季 \夏季 \春季 (表 3)。反映了植物生

长期较低, 而生长季末有所回升的趋势。

综合来看, 不同生态界面全年矿质氮平均值表现为城区 > 郊区 > 乡村 ( 表 3) , 反映出离城区越近森

林土壤矿质氮含量越高的变化趋势。城区、郊区、乡村生态界面的全年矿质氮平均值与全氮之比分别为

0. 26、0. 08、0. 03, 反映出城区矿质氮占全氮的比例较高, 这也表明城区土壤矿化过程比较强烈, 城市化

将加剧土壤氮素矿化过程。

2. 4 城乡梯度土壤相对硝化速率的季节动态

分别对城区、郊区和乡村的森林土壤相对硝化速率进行方差分析表明, 不同月份对森林土壤硝态氮

占矿质氮比例影响差异极显著 ( P < 0. 001) ( 表 2) , 同时从每月的土壤相对硝化速率来看, 不同的生态

界面森林土壤相对硝化速率均呈现高 - 低 - 高的变化格局 ( 图 1D ), 说明土壤相对硝化速率月份间存

在明显的波动。方差分析还表明, 不同生态界面、月份及生态界面与月份的交互作用对城乡梯度森林土

壤相对硝化速率的影响差异极显著 ( P < 0. 001) ( 表 2) 。说明月份及城市化过程不仅影响森林土壤有

效氮的总量, 还影响其形态组成。

从季节变化的角度来看, 季节对森林土壤相对硝化速率的影响差异显著 ( P < 0. 05), 说明森林土壤 相对硝化速率具有明显的季节波动。城区森林土壤相对硝化速率春季 = 夏季 = 秋季 = 冬季; 郊区森林

土壤相对硝化速率为秋季 \冬季 \夏季 \春季; 乡村森林土壤相对硝化速率为秋季 > 冬季 > 春季 = 夏

季 ( 表 3)。总体反映出森林土壤相对硝化速率秋季高, 春季低的季节变化, 与硝态氮的变化规律基本一

致, 这是由于硝态氮是城市森林有效氮主要形式的缘故。

综合来看, 不同生态界面全年相对硝化速率平均值表现为城区 > 郊区 > 乡村 ( 表 3) , 反映出离城区

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江西 农业 大学 学报

第 31卷

越近森林土壤相对硝化速率越高的变化趋势。
3讨 论
3. 1 城市化对森林土壤有效氮的影响 土壤有效氮主要来自于土壤氮素的矿化与硝化, 而土壤氮素的矿化与硝化通常受气候条件 ( 主要
是温度、湿度 )、凋落物化学组成、土壤 pH 值等多种因子控制 [ 20, 21] 。本研究发现, 在城乡梯度中不同的 生态界面的森林土壤铵态氮、硝态氮和矿质氮含量差异显著, 不同生态界面全年铵态氮平均值表现为城 区 > 郊区 = 乡村; 不同生态界面全年硝态氮平均值表现为城区 > 郊区 > 乡村; 不同生态界面全年矿质氮 平均值表现为城区 > 郊区 > 乡村 (表 3) , 总的表现为离城区越近有效氮越高的变化趋势。这是由于城 市化改变了城市森林生存的水热状况, 使得温度、湿度等生态因子在城区 - 郊区 - 乡村的生态界面上形 成了相应的递增或递减梯度 [ 1, 2] , 从而改变了城市森林生态系统的氮素循环及其养分平衡, 影响了土壤 氮素的矿化过程 [ 22 ] 。可见, 城市化过程会加剧森林土壤氮素矿化过程, 从而提高土壤有效氮的含量, 特 别是硝态氮的含量。 3. 2 土壤有效氮的季节变化与城市植物配置
土壤有效氮素的供应与森林生产力之间具有密切的关系 [ 23] , 据报道, 在印度一个热带森林中, 有效 氮具有明显的季节性变化, 其高峰期在秋季, 低峰期在夏季 [ 24, 25] , 这与本研究有效氮的结果相似。除研 究地区的温度和湿度的季节变化是产生氮素矿化的季节性变化的重要因素外 [ 24] , 土壤有效氮的季节性 变化也与植物的生长明显相关 [ 26 ] , 夏季是植物快速生长的季节, 需要从土壤中吸收大量的氮素用于植 物的生长需求, 从而消耗了大量的氮素, 因而造成土壤中的有效氮含量相对较低, 而进入秋季后, 植物生 长逐渐减慢进入休眠期, 吸收的氮素也相应地减少, 因而秋冬季土壤中的氮素会慢慢积累增多 [ 3] 。因 为城市森林处在人为干扰多的环境, 林下植被又少, 秋冬季节土壤中的有效氮含量增多极易造成有效 氮, 特别是硝态氮的流失。而城市化过程本身是在加速土壤的矿化过程, 从而提高土壤矿化氮, 特别是 硝态氮的含量。因此, 在进行城市森林的规划时, 应该结合城市景观的需要, 合理配植林下植被, 特别是 秋、冬季生长较为旺盛的植物, 这样既可充分利用土壤中的有效氮, 减少环境污染, 又可以营造美的景观。 3. 3 启示与展望
本研究从月份和生态界面对土壤相对硝化速率的影响发现, 土壤相对硝化速率在城区、郊区和乡村 间差异极显著 ( P < 0. 001) ( 表 2), 具体表现为城区 > 郊区 > 乡村, 从全年平均值来看城区土壤相对硝 化速率达到 80% 以上, 郊区也达到了 65% 以上, 乡村的占 28% (图 1D ), 可见, 在城区和郊区森林土壤 中硝态氮是有效氮的主要存在形式, 这与 Zhu W X 等的研究基本一致 [ 3, 27 ] 。而硝态氮较铵态氮更易于 从林地中流失, 这是由于硝态氮带负电, 易于从土壤尤其是阴离子交换能力差的土壤淋溶流失 [ 28] 。硝 态氮同样通过反硝化作用变为易于挥发的气体而损失, 变成温室气体的一部分 [ 29 ] 。由于城区森林相对 于乡村处于高温、潮湿等环境条件, 而且受到人为干扰也多 ( 踩踏、凋落物的收集等 ), 对硝态氮的利用 更为不利。因此, 在城市森林的管理中要特别注意土壤的养分管理, 采取一定的措施, 如尽可能地不收 集枯枝落叶 [ 30] , 保持森林的原生态, 以防止养分的流失。
从以上分析可知, 城乡梯度森林土壤有效氮具有明显的季节波动, 城区有效氮含量比郊区、乡村的 高, 反映出离城区越近有效氮越高的变化趋势, 城市化对森林土壤有效氮的影响差异显著, 在城区和郊 区的森林土壤中硝态氮是有效氮的主要形式, 土壤相对硝化速率也反映出离城区越近比例越高的变化 趋势。因此, 在城市森林的养分管理中要特别注意土壤硝态氮的动态变化, 防止养分的流失及其所引起 的环境问题。
致谢: 本研究得到南昌大学生命科学学院基础生物 学实验 中心王 芳老师、2006级研 究生甘 露、赵 磊、詹 书侠及 2005 级本科生刘义、钟明等同学的无私帮助, 在此一并表示感谢。
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第 1期

余明泉等: 城乡梯度森林土壤有效氮季节动态

# 143#

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