第50卷第2期西北农林科技大学学报(自然科学版)Vol.50No.2 2022年2月Journal of Northwest A&F University(Nat.Sci.Ed.)Feb.2022
网络出版时间：2021-07-2916：34DOI：10.13207/jki.jnwafu.2022.02.006
网络出版地址:knski/kcms/detail/61.1390.S.20210729.1425.011.html
氮添加对秦岭华山松抚育间伐剩余物分解的影响
赵传庭3张硕新】叫庞军柱】叫张胜利山2，侯琳la,2
(1西北农林科技大学a林学院，b资源环境学院，陕西杨凌712100；
2陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测站，陕西宁陕711600)
［摘要］【目的】探究氮添加对秦岭华山松抚育间伐剩余物分解的影响，为秦岭地区华山松林的保护和可持续经营提供科学依据。【方法】2019年5月至2020年5月在陕西观音山国家自然保护区内，采用分解袋法开展不同形态及水平氮对华山松抚育间伐剩余物分解的影响试验，氮形态分别为钱态氮(NHQ)、硝态氮(NaNO3)和混合态氮(NH4NO3)，每种氮形态设置Nl(0.5g/(m2•a))、N2(1.25g/(m2•a))、N3(2.5g/(m2•a))、N4(5.0g/(m2•a))和N5(10.0g/Cn?•a))5个水平，以N0(0g/(m2•a))为对照，共16个处理。在试验区设置3块20mX20m的样地，每个样地内设置16个1mXl m的小样方，将上述16个处理对应布置
在16个小样方内。在试验开始1个月后定期取样，测定华山松抚育间伐剩余物残留量及碳(C)、氮(N)、纤维素和木质素含量，并计算间伐剩余物年平均质量残留率、分解50%和95%所需时间、分解系数和C/N值。【结果】(1)添加钱态氮、混合态氮和硝态氮的处理，华山松抚育间伐剩余物年平均质量残留率分别为82.47%,81.83%和84.96%，均低于对照的年平均质量残留率84.99%。
(2)与对照相比，不同形态氮处理使抚育间伐剩余物分解50%所需时间最多可减少0.41-1.65年，分解95%所需时
间最多可减少4.16-7.15年。(3)当氮添加水平低于5.0g/(m2•a)时，可促进华山松抚育间伐剩余物纤维素的降解，当氮添加水平高于5.0g/(m2•a)时，可抑制纤维素的降解；不同形态不同水平的氮均促进了华山松抚育间伐剩余物木质素的降解。(4)随着时间的延长，华山松抚育间伐剩余物C含量和C/N值在分解过程中呈减少的趋势，而N 元素含量呈增加趋势；抚育间伐剩余物分解系数与C/N值呈负相关关系，即C/N值越低分解速率越快。【结论】经过1年的分解，3种形态的氮均表现为低水平促进分解，高水平抑制分解，其中镀态氮、混合态氮和硝态氮的氮添加水平分别低于或等于2.5,5.0和1.25g/(m2•a)时，对华山松抚育间伐剩余物的分解起促进作用，高于上述添加量则有抑制作用。
［关键词］氮添加；秦岭华山松；抚育间伐剩余物
［中图分类号］S718.55［文献标志码］A［文章编号］1671-9387(2022)02-0045-12
Effects of nitrogen addition on decomposition of tending and thinning residues of Pinus armandi in the Qinling Mountains
ZHAO Chuanting13,ZHANG Shuoxin la>2,PANG Junzhu la'2,
ZHANG Shengl严显，HOU Lin la>2
(1a College of Forestry,1b College of Natural Resources and Environment,Northivest A&F University, Yangling,Shaanxi712100,China；2Qinling National Forest Ecosystem Research Station,Ningshan,Shaanxi711600,China)
Abstract:【Objective】This study clarified the effects of nitrogen addition on decomposition of tending and thinning residues of Pinus armandi to provide scientific basis for protection and sustainable management of P.armandi forest in the Qinling Mountains.【Method】From May2019to May2020,the litterbag
：收稿日期］2021-03-05
［基金项目］国家“十三五”重点研发计划项目(2017YFD0600504-2)
［作者简介］赵传庭(1993—)，男，山东荷泽人，在读硕士，主要从事森林生态研究。E-mail:zhaochuanting666@163
［通信作者］张硕新(1959-)，男，陕西西安人，教授，博士，博士生导师，主要从事森林生态和植物生理生态研究。
E-mail：sxzhang@nwafu.edu
46西北农林科技大学学报（自然科学版）第50卷
method was applied for the study of decomposition of tending and thinning residues of Pinus armandi with nitrogen addition at different forms and levels in the Guanyinshan National Nature Reserve of Shaanxi Province・Nitrogen forms included ammonium nitrogen(NH4C1), nitrate nitrogen(NaNO3)and mixed nitrogen(NH4NO3)and five nitrogen addition levels were N1(0.5g/(m2•a)),N2(1.25g/(m2•a)),N3 (2.5g/(m2•a)),N4(5・0g/(n?•a))and N5(l0.Og/Cm?•a))with the control without nitrogen addition NO(0g/(m2•a))・Three20mX20m plots were set with16subplots in each plot.Each treatment was arranged in one subplot.Samples were taken regularly to determine dry matter,carbon(C),nitrogen(N), cellulose and lignin contents of tending and thinning residues of P.armandi one month after the beginning.Then,annual average mass remaining rates,decomposition times of50%and95%,decomposition coefficients and C/N values were calculated.【Result】(1)The annual average mass remaining rates of tending and thinning residues of P.armandi with ammonium,mixed nitrogen and nitrate were82.47%, 81.83%and84.96%，respectively，which were lower than the control of84.99%.(2)Compared with the control,the times required for decomposing tending and thinning residues to50%were reduced by0.41to 1.65years9and that for95%were reduced by4.16to7.15years.(3)When nitrogen addition level was lower than5.0g/(m2•a),the decomposition of tending and thinning residues was promoted,while it was inhibited when higher than5.0g/(m?•a).Different forms and levels of nitrogen addition promoted the degradation of lignin.
(4)With the increase of decomposition time,C content and C/N ratio of tending and thinning residues of P・armandi decreased,while N content increased.The decomposition coefficients were negatively correlated with the C/N ratio,indicating that lower C/N ratio resulted in more rapid decomposition.[Conclusion!After one year of decomposition,the decomposition of tending and thinning residues was promoted with low levels of nitrogen addition while inhibited with high levels of nitrogen addition.The decomposition was promoted when amounts of ammonium9mixed nitrogen and nitrate were no higher than 2.5,5・O and1.25g/(m2•a),respectively.
Key words:nitrogen addition armandi in the Qinling Mountains；tending and thinning residues
自工业革命以来，由于化石燃料的使用、汽车尾气的大量排放、含氮化肥的生产和使用及畜牧业发展等原因，造成大气氮沉降量不断增加，在未来的几十年内这种趋势还将持续下去3］。氮沉降的不断增加会导致生态系统氮富集，影响土壤中养分的转化与固定，改变凋落物的落组成和基质质量，进而对生态系统的结构与功能产生影响⑻O
在营林工作中，森林抚育间伐能调整林分密度，使林分空间结构趋向合理，促进林木生长，达到提高林分和林木质量的目的⑷。森林抚育间伐剩余物是指在森林抚育经营过程中形成的除标准木材以外的部分，主要包括树梢、小径木、树皮、灌木、树叶、树根等⑸。森林抚育间伐剩余物的分解与森林凋落物的分解过程十分相似，都是森林生态系统物质循环和能量转换的重要途径。对于森林生态系统而言，氮沉降直接影响森林落的组成和化学成分，而我国目前已成为三大氮沉降地区（欧洲、美国和中国）之—：6：。在欧洲，Nihlgard"11和Vestgarden1-8-1的研究表明，氮添加对针叶林
凋落物的分解有促进作用。在美国俄亥俄州，Kuperman⑼发现，随着氮沉降的增加，白栋林凋落物分解加快。黄忠良等「诃和莫江明等「切在我国鼎湖山研究发现，少量的氮沉降会促进季风常绿阔叶林凋落物分解；但魏子上等「吻在天津研究发现，模拟氮沉降对凋落物分解无明显影响；另外，韩雪等匚⑷在北京西山林场研究发现，不同水平氮沉降均对辽东栋凋落物的分解产生了抑制作用。总之，关于氮沉降对凋落物分解的影响尚未有统一的结论。在此背景下，研究氮沉降对华山松抚育间伐剩余物分解的影响具有重要意义。我国的氮沉降研究主要集中在亚热带地区，温带地区开展的研究较少。秦岭是我国南北地区气候的分界线，是一个大尺度、复合性的生态过渡带，是我国生态环境保护与建设的一道绿屏障「⑷。华山松（Pinus armandi）是秦岭地区主要成林树种之一。为此，本试验以秦岭地区华山松林为研究对象，采用尼龙分解袋法，研究氮添加对华山松抚育间伐剩余物分解的影响，这对于预测和揭示氮沉降下该地区森林生态系统养分循环过程具有重要意义，也可为秦岭地区
第2期赵传庭，等：氮添加对秦岭华山松抚育间伐剩余物分解的影响47
华山松林的保护和可持续经营提供科学依据。
1材料与方法
1.1研究区概况
本研究在陕西省汉中市佛坪县的陕西观音山国家自然保护区内进行，地理位置为33°41'32〃N, 107°57'10"E，海拔1440m
左右。试验区气候属于北亚热带湿润季风气候，年平均气温口.6°C，极端最高气温36.5°C，极端最低气温一14.5°C。年均降水量925.8mm，降雨年内分配不均，多集中于7—9月，占全年降水量的55%左右。土壤为山地黄棕壤,pH偏酸性。试验区内植物种类丰富，落结构复杂。乔木树种主要有华山松(P.armandi^)，油松(P.tabulae f ormis)、锐齿栋(Quercus aliena var.acutesserrata)等，灌木有细枝绣线菊(Spiraea myrtilloides')、绿叶胡枝子(Lespedeza formasa)、美丽悬钩子(Rubus amabilis)、黄花柳(Salix ca~ prea)等。
1.2研究方法
1.2.1样地设置于2019年4月在秦岭中段南坡的陕西观音山国家级自然保护区的试验区内设置3块长期没有人为干扰的、具有代表性的20mX20m 的华山松林样地，每块样地内再设置16个1mXl m的小样方，共48个小样方，每个小样方间留有约1m的缓冲带，防止不同氮添加处理间相互干扰。1.2.2试验设计2019年4月初，在当地华山松林中收集华山松抚育间伐剩余物(主要成分是质量分别占90%和10%的华山松叶和枝)，带回实验室用蒸憎水将泥土冲洗干净，65°C烘干至质量恒定。将10g华山松抚育间伐剩余物装入长、宽均为200 rmn的尼龙分解袋中(底面孔径为0.5mm，防止华山松抚育间伐剩余物遗失；上面孔径设置为2mm，以方便土壤微生物和小型动物进出)。放置前随机取分解袋5袋，测定抚育间伐剩余物样品初始质量和化学性质，其有机碳含量为(387.31+12.41) g/kg，全氮含量为(7.43+0.13)g/kg，全磷含量为(0.73+0.02)g/kg，木质素含量为(365.7+6.2) g/kg，纤维素含量为(207.5+3.9)g/kg o
2019年5月底在每块样地的16个小样方内各放置6个分解袋，3块样地共放置抚育间伐剩余物分解袋288个。在放置分解袋前，先清除土壤表层的枯落物，分解袋均匀放置在土壤表面且相互间隔5cm以上，并用10cm长的钢钉固定。
所设样地位于秦岭南坡，远离城市且周围绝大部分为森林，只有极少量农田分布，只受到附近108国道(距样地300〜700ni)汽车尾气的轻微影响。根据秦岭地区的氮沉降量介于21.72〜70.57 kg/(hm2•a)和文献中氮添加的设置方式[⑸，每块样地设置3种不同形态的氮添加处理，分别为镀态氮(NHH)、硝态氮(NaNOs)、混合态氮(NH4NO3)；每种形态氮素设5个添加水平，分别为Nl(0.5g/(m2•a))、N2(l.25g/(m2•a))、N3 (2.5g/(m2•a))、N4(5.0g/(m2•a))和N5(10.0 g/(m2•a))，另外以N0(0g/(m2•a))为对照(CK)，共计16个氮处理，每块样地的每个小样方对应一个处理，为1个重复，3块样地共3次重复。将计算好质量的3种氮素分别溶解到蒸憎水中，在每个小样方上方50cm高度用手持式喷雾器均匀喷洒溶液于凋落袋的表面，为排除水分对试验的影响，对照组小样方喷洒等量的蒸憎水，每3个月喷洒1次，即2019-05-30,2019-08-30,2019-11-30和2020-02-29共4次。
1.2.3分解袋的收集与处理每次收集分解袋在施氮处理之前，从放置分解袋算起，前3个月每月收集1次，即2019年6,7,8月底收集；随后是每2个月收集1次，即2019年10月、12月和2020年2月份(由于受新型冠状病毒的影响，2020年2月份取样推迟到了5月份)月底收集。每块样地内定期收集16个分解袋，即每个处理收集1袋，3块样地共48袋。取分解袋前，先清除分解袋表面的泥土和其他杂质。取回后，在实验室用蒸憎水清洗分解袋内的泥土，将剩余物在65°C条件下烘干48h至质量恒定，称质量得到抚育间伐剩余物的残留量。
1.2.4抚育间伐剩余物化学成分的测定将抚育间伐剩余物烘干称质量后，用植物粉碎机粉碎，测定干物质质量及碳(C)、氮(N)、纤维素和木质素的含量。其中碳(C)、氮(N)含量采用元素分析仪(FlashEA1112,USA)测定；纤维素和木质素含量采用范式(Van Soest)洗涤纤维分析法测定丽，其中木质素含量为酸不溶性组分(AUR)。
1.2.5相关指标计算(1)抚育间伐剩余物质量残留率(MR)[17]O计算公式如下：
MR=M”/M°X100%。
式中：M，为抚育间伐剩余物在/时刻的残留质量
(g),M。为抚育间伐剩余物初始质量(g)。
(2)抚育间伐剩余物的质量损失变化。采用Olson负指数衰减模型拟合卫】:
48
西北农林科技大学学报(自然科学版)第50卷
式中汐为抚育间伐剩余物质量残留率(％)辺为拟
合参数M 为抚育间伐剩余物分解系数(kg/(kg ・ a)),£为时间(a)。
(3) 抚育间伐剩余物分解50%(T S0%)和95%
(T95%)所需时间［⑷。按下式计算：
T 5o % = — In (1—0. 50)/代；
T95% = —In (1—0. 95)/上。
(4) 纤维素或木质素残留率(R)。
jR=(C f XM i )/(C 0XM 0)X100%o
式中：C，为第玄次取样时纤维素或木质素含量 (g/kg) ,M 为第分次取样时抚育间伐剩余物干质量
华山位于哪个省(g )，C°为纤维素或木质素养分含量(g/kg),Mo 为
抚育间伐剩余物初始干质量(g)。
1. 2. 6 数据处理 采用单因素方差分析(one-way
ANOVA)对各处理之间差异显著性进行分析；多重 比较采用最小显著差异法(LSD)，显著性水平为«=
0. 05 ；采用重复测量方差分析法(repeated measures data ANOVA)分析整个分解过程中N 处理间是否
有显著差异；用Excel 对整个分解过程的平均C/N
值与分解系数进行线性回归分析。所有数据分析用
SPSS 24. 0软件完成，用origin 2016绘图。
2结果与分析
2.1氮添加对华山松抚育间伐剩余物质量残留率
的影响
氮添加对华山松抚育间伐剩余物质量残留率的 影响见图1。
100 -32
u
一套2
%
、瞬
ffi 鏗
瞩逼
100
NH.CI
2 4 6 8 10 12
分解时间/月 Decomposing time
3
三
I H E E 」s s e p j
5
990
8
80
HN 4NO 3
2 4 6 8 10 12
分解时间/月 Decomposing Lime
I
I I I I I
I
2 4 6 8 10 12
分解时间/月 Decomposing time
o
8-«-NO(Og/(m ‘ • a),CK);
2
N1 (0.5 g/(m • a)); -A- N2(1.25g/(m 2 • a)); -N3 (2.5 g/(m 2 • a));
N4(5.0g/(m 2 • a)); -*-N5(i0.0g/(m 2-a))
★表示不同水平氮添加处理间有显著性差异(PV0.05)。图2、图3同
* indicates significant difference among different levels (P<0・ 05)・ The same for Fig. 2 and Fig. 3・
图1皴添加对华山松抚育间伐剩余物质量残留率的影响
Effects of nitrogen addition on mass remaining rates of tending and thinning residues of Pinus armandi
Fig.l
图1显示，华山松抚育间伐剩余物的分解具有 明显的阶段性，前期分解速率较快，后期分解速率变
缓。添加钱态氮、混合态氮和硝态氮的处理，华山松
抚育间伐剩余物年平均质量残留率分别为82.47%, 81. 83%和84. 96%，均低于对照的年平均质量残留 率(84.99%)。添加NH4CI 的N 1、N2和N3处理
促进了抚育间伐剩余物的分解，分解12个月时，与
对照组(CK)相比质量残留率分别降低了 2. 97%,
4. 49%和6. 97% ；N4和N5处理则抑制了剩余物的 分解，分解12个月时，与对CK 相比质量残留率分
别提高了0. 57%和0. 71%。添加NH4NO3的N1、 N2.N3和N4
处理促进了抚育间伐剩余物的分解,
第2期赵传庭，等：氮添加对秦岭华山松抚育间伐剩余物分解的影响49
分解12个月时，与CK相比质量残留率分别降低了2.33%,3.33%,7.67%和4.27%；N5处理抑制了抚育间伐剩余物的分解，分解12个月时，与CK相比质量残留率提高了 1.27%。添加NaNOs的N1 和N2处理促进了抚育间伐剩余物的分解，分解12个月时，与CK相比质量残留率分别降低了 3.47%和3.67%；N3、N4和N5处理抑制了抚育间伐剩余物的分解，分解12个月时，与CK相比质量残留率分别提高了1.17%,2.03%和3.23%。方差分析结果表明，同一种氮素不同水平处理前4个月抚育间伐剩余物分解速率差异不显著(P>0.05)，从第5个月开始达到显著性差异(PV0.05)。不同形态相同水平氮添加处理间抚育间伐剩余物的分解速率也达到了显著性差异(P<0.05)。
表1显示，不同形态不同水平氮添加处理抚育间伐剩余物质量残留率随分解时间呈显著负指数关系。利用Olson负指数衰减模型得出各处理的分解系数，钱态氮(NH4C1)添加处理的分解系数为N3> N2>Nl>N0>N4>N5o N3、N2和N1处理使抚育间伐剩余物质量损失50%所需的时间较N0 (4.59a)分别减少1.64,1.16和0.86a,N4和N5处理则较N0(4.59a)分别增加0.13和0.16a o N3、N2和N1处理使抚育间伐剩余物质量损失95%所需的时间较N0(19.84a)分别减少了7.09, 5.01和3.73a,N4和N5处理则较N0(19.84a)分别增加了0.54和0.68a。在钱态氮添加处理中，N3处理促进华山松抚育间伐剩余物分解的作用最明显,N4和N5处理则抑制抚育间伐剩余物的分解，其中N5处理抑制作用更明显。当钱态氮添加量高于5.0g/(m2•a)时，氮添加水平越高，抑制分解的作用越明显。
表1显示，混合态氮(NH4NO3)添加处理的分解系数为N3〉N4〉N2>Nl>N0〉N5。N3、N4、N2和N1处理使抚育间伐剩余物质量损失50%所需的时间较N0(4.59a)分别减少1.65,1.34,0.72和0.41a,N5处理间则较N0(4.59a)增加了0.54 a。N3、N4、N2和N1处理使抚育间伐剩余物质量损失95%所需的时间较N0(19.84a)分别减少了
7.15,5.78,3.10和1.79a,N5处理则较N0(19.84
a)增加了0.35a。在混合态氮添加处理中，N3处理促进华山松抚育间伐剩余物分解的作用最明显，N5处理则抑制抚育间伐剩余物的分解。
表1不同氮添加处理华山松抚育间伐剩余物质量残留率(y)与时间(C的指数回归方程
Table1Exponential regression equations of mass residual rates(jj)of Pinus armandi tending and thinning residues with time(i)under different nitrogen addition treatments
氮素种类Nitrogen species
氮添加水平/
(g・m_2・a-1)
Nitrogen addition level
Olson负指数衰减模型
Negative exponential
decay model
相关系数(R2)
Correlation
coefficient
分解系数GO
Decomposition
coefficient
T5Q%/a T95%/a 0(N0)3^=98.451e-°-151(0.9470.151 4.5919.84
0.5(N1)y=96.952e-°-186r0.8960.186 3.7316.11
NH4C11.25(N2)y=96.380e_0-202z0.8710.202 3.4314.83
2.5(N3)3?=96.119e_0-235£0.8640.235 2.9512.75 5.0(N4)y=98.722e-°-147r0.9500.147 4.7220.38 10.0(N5)y=98.888e-°-146i0.9540.146 4.7520.52
0.5(N1)y=97.676e-°-166i0.9720.166 4.1818.05
1.25(N2)37=97.383e-°-179r0.9780.179 3.8716.74
NH4NO3 2.5(N3)了=96.627e—°・236工0.9470.236 2.9412.69
5.0(N4)y=9&750e—°・2间0.9660.213 3.2514.06
10.0(N5)y=98.197e—旳0.9280.135 5.1322.19
0.5(N1)3；=96.521e-°-191i0.8880.191 3.6315.68
1.25(N2)y=94.955e-°-184z0.8280.184 3.7716.28 NaNO3
2.5(N3)y=98.046e_0-133f0.9290.133 5.2122.52
5.0(N4)3；=98.131e_0-125z0.9110.125 5.5523.97
10.0(N5)y=97.879e—°J⑸0.8190.113 6.1326.51
表1还显示，硝态氮(N a NO3)添加处理的分解系数为N1>N2>N0>N3>N4>N5。N1和N2处理使抚育间伐剩余物质量损失50%所需的时间较N0(4.59a)分别减少0.96和0.82a,N3、N4和N5处理则较N0(4.59a)增加了0.62,0.96和1.54a。N1和N2处理使抚育间伐剩余物质量损失95%所需的时间较N0(19.84a)分别减少4.16和3.56a, N3、N4和N5处理则较N0(19.84a)增加了2.68, 4.13和6.67a。在硝态氮添加处理中，N1处理促进华山松抚育间伐剩余物分解的作用最明显，N3、
版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。
发表评论