模拟外源性氮磷对马占相思凋落叶分解及土壤生化特性的影响

森林凋落物是森林生态系统内由植物组分产生并归还到林地表面，作为分解者的物质和能量来源以维持森林生态系统土壤养分的有机物质的总称[1-2]，是森林土壤养分的主要补给者。凋落物分解是释放矿质元素供植物营养的重要生态过程[3]，是陆地生态系统中光合产物转换和矿质养分循环的重要环节[4-5]，一直是森林生态和环境的研究热点。

在日常生活中，碳酸饮料等酸性物质摄入量的增加，会导致牙齿表面釉质脱矿；此外，许多佩戴固定矫治器的患者由于牙齿清洁不彻底，导致托槽周围釉质发生脱矿，也增加了患龋风险。因此，防止釉质脱矿、促进釉质早期再矿化，对预防龋病的发生具有重要意义。

平流雾是暖而湿的空气流经冷的下垫面逐渐冷却而形成的。在我国沿海地区,当海洋上的暖湿空气流向较冷的海面或陆地时,常常形成平流雾。平流雾在中国东部沿海地区十分常见[1-3],华东沿海由于特殊的地理位置导致受平流雾影响频繁[4-5]。平流雾的形成除了受水汽条件制约外,还受边界层的风、温度、层结条件等影响[6],是短期预报的难点之一。

近几十年来，由于经济发展和人口膨胀，使矿物燃料燃烧、农业氮肥生产和使用等含氮化合物的排放日益增加，大气N沉降量增加已成为全球性的生态环境问题[6]。过量的N沉降可造成森林群落组成、凋落物化学成分、土壤微生物生物量以及酶活性发生变化等一系列生态问题，影响了凋落物的分解过程[7]。目前，国内外众多模拟N沉降的试验发现，外源性N添加对凋落物的影响出现为促进[8]、抑制[9]和无影响[10]3种结果，如陈翔等[11]对大兴安岭兴安落叶松(Larix gmelinii(Rupr.) Kuzen.)林的凋落物施N肥及汪金松等[12]对暖温带油松(Pinus tabuliformis Carr.)林的凋落物施N肥，提高了凋落物的分解速率；涂利华等[13]发现，模拟N沉降显著抑制了华西雨屏区亮叶桦(Betula luminifera H. Winkl.) 凋落叶的分解；Mo等[14]发现，在凋落叶分解初期，N添加对鼎湖山木荷(Schima superba Gardn. et Champ.)林凋落物的分解速率影响不大。

有研究表明，生态系统中N沉降增加会加速土壤磷循环并导致P限制[15]，并随着N沉降量的持续增加，P限制性逐渐增强[16]。随着人工速生丰产林的发展，在P缺乏的南方红壤森林中普遍使用含磷化肥[17]，有利于微生物的繁衍，从而促进了土壤有机质和凋落物的分解[18-19]。Qualls等[20]和Liu等[21]研究发现，P添加可以提高凋落物中的P含量，增加土壤微生物生物量，促进凋落物的分解。DeBusk等[22]在大克拉莎(Cladium jamaicense Crantz)和宽叶香蒲(Typha latifolia Linn.)的凋落物分梯度施P肥的试验中发现，凋落物分解速率与施加的P肥浓度成正相关。弓晓静等[17]发现，N、P单独添加和复合添加均促进了湿地松(Pinus elliottii)凋落叶前期的分解速率，抑制中、后期的分解速率。Kozovits等[23]对巴西中部5个树种的研究中发现，单独添加P肥对凋落物的分解速率影响不大，而施N、P复合肥后，凋落物质量比对照减少了42%。因此，笔者推测N沉降和P富集的共同作用可能会影响森林生态系统中凋落物的分解动态，其内在影响机制有待继续深入研究。

马占相思(Acacia mangium Will.)是豆科速生常绿乔木树种，有较多的枯枝落叶养分回归土壤，是我国南方山地绿化的主要树种之一。前人已对马占相思凋落物动态[24]和水源涵养功能[25]进行了研究，而外源性N和P对马占相思凋落物分解的影响尚未见报道。本研究以广东省云勇林场马占相思林凋落叶为试验材料，采用尼龙网袋分解法，通过2 a的模拟外源性N和P添加试验，探索外源性N和P对凋落叶分解的影响过程与机制，以期为马占相思的土壤养分管理提供参考。

1 研究区概况

云勇林场(112°40′ E，22°53′ N)位于广东省佛山市高明区内，是佛山市唯一的国有林场，森林面积1 928.73 hm2。试验地属于亚热带季风气候，气候温和，年平均气温、最高气温和最低气温分别为22、34.5、3.5℃，无霜期长达360 d。试验地雨量充沛，年降水量平均2 000 mm，集中在4—8月，年平均相对湿度80%。地势属丘陵地带，土壤为花岗岩发育的酸性赤红壤(pH < 5)，土层深厚而肥沃。试验地概况见表1。

2 试验设计及试验方法

2.1 试验设计

1.5.2 多因素分析 使用多元线性回归进行拟合，为逐步加入法，进一步筛选出危险因素。使用SPSS 20.0软件进行统计分析

 

表1 马占相思林概况Table1 General characteristics of the experimental stand

  

林分Stand坡向Aspect坡度Slope/(°)平均胸径Meandiameterinbreastheight/cm平均树高Meantreeheight/m冠幅Crowndiameter/m郁闭度Canopydensity主要林下植被Mainundergrowth马占相思Acaciamangium30°SW3512.813.630.85九节、鸭脚木、梅叶冬青、漫山秀竹、山芝麻、鬼灯笼、海金沙、黑面神、野牡丹、菝葜、白花酸果藤、芒萁、乌毛蕨、铁线蕨

注：九节Psychotria rubra(Lour.) Poir.、鸭脚木Schefflera octophylla(Lour.) Harms、梅叶冬青Ilex asprella(Hook. et Arn.) Champ. ex Benth.、漫山秀竹Microstegium vagans(Nees ex Steud.) A. Camus、山芝麻Heliicteres angustifolia Linn.、鬼灯笼Clerodendrum fortunatum L.、海金沙Lygodium japonicum(Thunb.) Sw.、黑面神Breynia fruticosa(Linn.) Hook. f.、野牡丹Melastoma candidum D. Don、菝葜Smilax china L.、白花酸果藤Embelia ribes Burm. f.、芒萁Dicranopteris dichotoma (Thunb.) Berhn.、乌毛蕨Blechnum orientale L.、铁线蕨Adiantum capillus-veneris L.。

2.2 试验方法

2008年4月起，每个样方各处理隔3个月取走1袋样地凋落叶。每次取样后，对样地进行外加N、P、N+P水溶液处理，具体操作为: 将各处理所需的肥料溶解至1 L水中，用喷雾器均匀喷洒在凋落叶网袋表面，对照(CK)则喷洒相同体积的水[17]，即4个处理水平以沉降量分别为0、400 kg N、200 kg P、400 kg N+200 kg P (hm-2·a-1)。网袋取回实验室后，挑去植物细根、泥土及小动物等杂物(后期含泥沙较多的分解袋用清水快速漂洗)，凋落叶放烘箱中85℃烘24 h后取出称质量，将相同处理的凋落叶混合取样后粉碎，进行养分分析。N用重铬酸钾-浓硫酸消煮后以凯氏定N法测定。测定P、K的样品用硫酸-双氧水消煮处理后，试液中的P用钼兰比色法测定，K用火焰光度法测定[26]。每个样品3次重复，结果取重复测定的算数平均值。

试验结束时，采用5点取样法取凋落袋下020 cm 土层的土样约0.5 kg，用于土壤养分和酶活性的测定。有机质用重铬酸钾容量法测定；全N 用半微量凯氏法测定；测定P、K的土壤样品用氢氧化钠碱熔法溶融后提取待测液，用钼蓝比色法测全P，火焰光度计测全K；有效N 用碱解扩散法测定；测定有效P的土壤样品用0.025 mol·L-1HCl-0.03 mol·L-1 NH4F提取后，有效P用钼蓝比色法测定；测定有效K的土壤样品用1 mol·L-1 的中性醋酸钠提取后，用火焰光度计测有效K。脲酶采用比色法测定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，过氧化氢酶活性采用0.1 mol·L-1 高锰酸钾滴定法测定，所有样品重复3次。

2.3 数据处理

图2表明，马占相思林地对照的凋落叶N含量整体呈小幅波动，施P的呈降-升后呈小幅波动，施N和N+P的呈升-降后呈小幅波动；处理24个月时，凋落叶N含量表现为施N(24.54 g·kg-1)>对照(22.73 g·kg-1)>施N+P(22.31 g·kg-1)>施P(21.48 g·kg-1)。试验末期，对照、施N和施N+P处理的凋落叶N含量均大于凋落叶初始的N含量(P<0.05)。

3 结果与分析

3.1 外源性N、P对凋落叶分解的影响

图1表明：不同处理的马占相思凋落叶残留量在前6个月迅速下降后平稳减少；处理6个月时，对照、施N、P和N+P的凋落叶分别分解了40%、65%、74%和61%；处理24个月后，凋落叶残留量的顺序为对照(0.90 g)>施N(0.82 g)>施N+P(0.52 g)>施P(0.08 g)。总体来看，施N、P和N+P处理对马占相思凋落叶分解均有一定的促进作用。

  

图1 马占相思林地凋落叶的残留量变化Fig. 1 Change of remaining weight during leaf litter decomposition in the A. mangium woodland

3.2 外源性N、P对凋落叶分解过程中N、P、K含量的影响

用Microsoft Excel 2003对凋落叶的质量变化、养分指标进行处理并作图，用SAS 8.2对数据进行多重比较。

  

图2 马占相思林地凋落叶中的N含量变化Fig. 2 Change of N concentration during leaf litter decomposition in the A. mangium woodland

4.2.2 分解过程中凋落叶P含量的变化 处理24个月后，对照和施N处理的马占相思林凋落叶的P含量均小于其初始值，其原因可能是对照和施N的凋落叶的P释放速度快于凋落叶C的分解。施P和N+P处理的凋落叶P含量显著大于其初始P含量，主要是由于凋落物质量损失速度快于P释放速度，凋落物中的微生物会在分解过程中固定外源性P，从而累积P含量。

图4表明：马占相思林地4种处理的凋落叶的K含量均大幅波动；对照、施N、施P和N+P处理的凋落叶K含量分别在分解第12个月、第9个月、第15个月和第6个月时达到最大值；处理24个月时，

凋落叶的K含量表现为对照(3.22 g·kg-1)>施P(2.63 g·kg-1)>施N+P(2.22 g·kg-1)>施N(1.95 g·kg-1)。试验末期，各处理凋落叶的K含量均大于凋落叶初始的K含量(P<0.05)。

  

图3 马占相思林地凋落叶中的P含量变化Fig. 3 Change of P concentration during leaf litter decomposition in the A. mangium woodland

  

图4 马占相思林地凋落叶中的K含量变化Fig. 4 Change of K concentration during leaf litter decomposition in the A. mangium woodland

3.3 外源性N、P对土壤特性的影响

表2表明，施N、P和N+P处理的马占相思林地土壤的有机质、全N、有效P含量均显著大于对照(P<0.05)，施N和N+P处理的林地土壤有效N含量显著大于对照(P<0.05)，而施N处理的却减少了土壤中的全P、全K和有效K含量。表3表明，施N、P和N+P处理均显著提高了马占相思林地土壤的酶活性。

 

表2 马占相思林地土壤化学性质Table 2 Soil chemical properties of A. mangium woodland

  

处理Treatment有机质Organicmatter/(g·kg-1)全氮Totalnitrogen/(g·kg-1)全磷Totalphosphorus/(g·kg-1)全钾Totalpotassium/(g·kg-1)有效氮Availablenitrogen/(mg·kg-1)有效磷Availablephosphorus/(mg·kg-1)有效钾Availablepotassium/(mg·kg-1)CK15.17±0.28c0.80±0.02c0.17±0.01ab34.45±0.64a77.83±0.89b0.59±0.05d67.34±0.58c施NNtreatment18.19±0.25b0.87±0.01b0.15±0.00b33.85±0.30a114.81±3.39a0.70±0.03c63.78±0.36d施PNtreatment19.59±0.36a0.88±0.01b0.19±0.01a34.08±0.33a109.14±0.90ab2.34±0.05b77.49±0.44b施N+PN+Ptreat-ment19.99±0.16a1.06±0.04a0.18±0.01a33.29±0.08a119.28±1.36a2.67±0.02a84.19±0.78a

 

表3 马占相思林地土壤酶活性Table 3 Soil enzyme activities of A. mangium woodland

  

处理Treatment脲酶UreaseNH4+-N/(mg·kg-1)磷酸酶AcidphosphataseP5O2/(mg·kg-1)过氧化氢酶CatalaseKMnO4/(mL·g-1)对照CK156.03±3.35c261.97±1.58d1.08±0.02c施NNtreatment183.93±2.25b273.33±2.62c1.29±0.02b施PNtreatment208.87±1.72a292.90±1.58b1.32±0.01b施N+PN+Ptreat-ment179.63±2.25b308.80±1.57a1.53±0.02a

4 讨论

4.1 外源性N、P对凋落叶分解的影响

随着全面从严治党的深入推进，很多地方针对“四风”问题制定了严格的惩戒措施，党员干部身上的享乐主义、奢靡之风已大大收敛。事实上，不搞席丰履盛，多回家吃饭，既保护自己的身体，又避免违犯党规党纪，何乐而不为呢？然而，就是在反复重申的严厉约束之下，仍有少数党员干部忍不住口腹之欲，拒不了宴饮之乐。一旦忘乎所以，投身席丰履盛之所，往往是还在觥筹交错间，监督的人就到了门口。结果，因一时的宴饮吃喝，有的被降职，有的被免职，有的毁了前途。这样的事例提醒党员干部，“席丰履盛”决不可小视，搞不好就可能一失万无。

2007年12月开始，在马占相思林下用凋落物网分别收集新鲜凋落叶。凋落叶分解采用尼龙网袋法，网袋大小20 cm×20 cm，网孔2 mm×2 mm，每袋装入烘干的10 g凋落叶。2008年4月，在14年生马占相思林内随机设置4个5 m×5 m的小样方，各样方具有相同的土壤类型、类似的海拔高度和坡度，样方间设置≥10 m 的缓冲带。每个小样方内分4个处理：不施肥的凋落叶(对照)、施N肥的凋落叶(施N)、施P肥的凋落叶(施P)、施N+P肥的凋落叶(施N+P)。清除地表凋落物层后，将凋落物分解袋置于样方地表的土壤上。采用完全随机区组设计，即4个处理在同一区组中完全随机排列。每个处理放置8袋装有凋落叶的尼龙网袋，随机分布于小样方内，放置面积为0.32 m2，各处理间设约3 m的缓冲带。N肥选用氯化铵(NH4Cl)，P肥选用二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)，施N、P和N+P处理的施肥量分别为N 10 g·m-2、P 5 g·m-2、N 10 g·m-2+ P 5 g·m-2。

施N+P后，马占相思林下凋落叶的分解速率提高，也表现为促进作用，效果介于施N和施P之间。这与陈昊[33]、李文亚[34]的研究结论一致。施肥能提高土壤中微生物的代谢活性与物种丰富度，促进微生物C利用能力，提高凋落叶的分解速率；而土壤N∶P 的平衡影响土壤养分供给及微生物群落的多样性，从而影响凋落叶的分解[35]。Jacobson等[36]研究巴西热带草原时发现，无论单独或混合添加P都促进了凋落物的分解，而添加N只增加初始凋落物的N浓度，与P一起添加时才提高其分解率，表明该生态系统受P限制。此外，吕妍等[37]研究表明，随着N、P施肥时间的延长，该森林生态系统原有的N、P限制状况可能发生改变，森林以降低叶片的N、P回流或转移率来维持其养分平衡。

施P后，马占相思林下凋落叶的分解速率提高，表现为促进作用，这与Liu等[18]和蔡金桓等[19]的结论一致。本研究中，施P处理显著改善了马占相思林地土壤的化学性质，提高了酶的活性。研究表明，外源P还可以促进凋落叶对可利用P的吸收，加快C释放，同时促进土壤微生物群落的发展，增加土壤的真菌与细菌比，从而促进凋落物的分解[30-31]。云勇林场处于典型的磷限制亚热带阔叶林区，施P可能增强了土壤微生物对硝酸盐和磷酸盐的吸收，通过促进土壤微生物生长繁衍而加快凋落叶的分解。因此，在红壤地区适当的增加和保持土壤的速效P，可以增加土壤pH值和微生物对P的吸收，有利于凋落物的分解[32]。

施N、P和N+P处理的马占相思凋落叶的分解速率明显比对照的快，所以，外源性N促进凋落叶的分解。目前，一般认为外源性N促进凋落叶分解的原因有以下几个方面：一是外源N提高了凋落物及土壤中的可利用N，解除了N对微生物活动的限制，同时土壤微生物能够吸收和同化外源N以增强活性，从而加快凋落物分解[7,27]；二是外源性N增加了N含量与凋落物结构性物质的含量的比值，纤维素、半纤维素、木质素等难分解物质越少，凋落物分解的速率也越快[28]；三是外源性N降低了凋落物中C∶N，提高了凋落物底物质量，加速了植物群落组成的物种变化，分解者组成向更加高效但对氮有更高需求的方向转变，有利于生产能迅速分解的凋落物[29]；四是外源性N会提高受N限制的纤维素酶和淀粉酶及其他糖苷酶的活性[25]。

4.2 分解过程中凋落叶养分含量的变化

4.2.1 分解过程中凋落叶N含量的变化 在处理3个月时，施N和N+P处理增加了马占相思林凋落叶的N含量，这与廖利平等[38]在杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)林凋落叶的分解试验结论相同，其原因可能是外源性N被固定在马占相思凋落叶以供微生物的生长发育，同时N肥中的NH4+能与凋落物表面的阳离子交换而固定在凋落物表面。处理24个月后，施N处理的凋落叶N含量明显大于其初始N含量，这与涂利华等[13]在亮叶桦凋落叶的分解试验结论相同，可能是因为外源N与木质素分解过程中产生的中间产物发生反应并被固定至凋落物中。

图3表明，马占相思林地对照和施N的凋落叶P含量呈小幅波动，施P的小幅波动后大幅上升，施N+P的呈波动性上升；处理24个月时，凋落叶的P含量表现为施P(1.47 g·kg-1)>施N+P(1.05 g·kg-1)>施N(0.51 g·kg-1)>对照(0.47 g·kg-1)。试验末期，对照和施N处理的凋落叶P含量显著小于其初始的P含量，施P和施N+P处理的凋落叶P含量显著大于对照和施N处理(P<0.05)。

直线电机气隙在线监测装置在广州地铁5、6号线的投入使用，极大地提高了直线电机列车的运用安全水平，有效地预防了直线电机运行中电机与感应板发生刮擦事件，提高了地铁系统运行的可靠性和安全性，为公众提供了更满意的交通服务，达到了系统建设预期的技术、经济及社会效益。在系统投入运行后，直线电机气隙在线监测系统多次有效检测到气隙异常，并多次有效预警电机下沉异常，如表1所示。根据直线电机气隙在线监测系统的报警和预警，检修单位及时处理了异常情况，防止了后续可能性安全事故的发生，挽回了后续的经济损失。

4.2.3 分解过程中凋落叶K含量的变化 马占相思林各处理凋落叶的K含量在分解过程中波动性上升。K具有强可溶性并以离子形式存在于叶片中[39]，而且不能与叶片组织中的有机物或元素形成难分解物质，因而，在分解初期很快被淋溶释放[40]，其后的波动则可能主要是淋溶和微生物的吸收和分解释放共同作用的结果。

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4.3 外源性N、P对土壤生化特性的影响

Berg等[41]发现，外源N可以直接增加土壤有效N的含量，使微生物群落的生长和结构发生改变，增加土壤有机质的含量。此外，NH4Cl水解后与H+结合，促进土壤酸化，增强磷酸酶活性，从而提高有效P含量，与本试验结果一致。外源性P增加土壤微生物含量和增强酶的活性，使凋落物的分解和养分的释放速率得到提升，提高土壤有机质和养分的含量[42]，外源性P还可以减弱酸性土壤对P的吸附力，能保存土壤中剩余的无机磷[43]。

5 结论

(1)施N、P和N+P处理均促进了马占相思林下凋落叶的分解速率，其中，施P处理的效果最佳。

(2)凋落叶的N含量在分解过程中大致保持稳定，施P和N+P处理的凋落叶P含量在分解过程中总体呈现波动上升，而各处理的凋落叶K含量变化并无明显规律。

(3)施N和P显著增加了土壤有机质和碱解N含量；施N+P显著增加了土壤有机质、全氮、有效氮、有效磷和有效钾含量。

(4)施N、施P和施N+P三种处理均显著增加了土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性。

①字段信息抽取：利用WOS导出HTML格式的题录数据，抽取题录中指定的字段信息并可选择存储为文本文档（包括：关键词、作者、期刊名等字段）。

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