郎 漫，吳昌福，蘇孝純，李 平＊

(1. 南京信息工程大學(xué)，江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044；2. 南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京 210044)

氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素。研究表明，土壤氮素有效性是森林生產(chǎn)力的主要限制因子之一[1-2]。土壤中氮的有效性受控于決定其數(shù)量和形態(tài)的有機(jī)氮礦化速率、無(wú)機(jī)氮固定速率和硝化反硝化速率的大小[3]。近年來(lái)，隨著大氣環(huán)境污染研究的推進(jìn)，大氣氮沉降及其對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響日益受到關(guān)注，森林土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程及其機(jī)理也成為當(dāng)前生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

森林類型不同，輸入到土壤中的林木凋落物和根系分泌物的種類、數(shù)量、分解速率等具有顯著差異[4]，進(jìn)而導(dǎo)致森林土壤理化性質(zhì)[5]以及微生物數(shù)量、活性和群體結(jié)構(gòu)顯著不同[6-7]。與闊葉林相比，針葉林凋落物中所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較少，而木質(zhì)素和纖維素等難降解物質(zhì)較多，分解速率較慢，使得土壤有機(jī)碳總量和易分解有效碳數(shù)量相對(duì)較低[8]，土壤C/N 較高[9]。此外，針葉林凋落物分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和根系分泌的有機(jī)酸通常也會(huì)導(dǎo)致土壤pH 顯著低于闊葉林土壤[9]。這些性質(zhì)上的差異可能會(huì)對(duì)微生物參與的土壤氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響土壤中氮的有效性。目前，關(guān)于不同森林類型土壤凈氮轉(zhuǎn)化速率的研究較多[1,10-11]，而針對(duì)森林土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率的研究只有零星報(bào)道[12]。研究發(fā)現(xiàn)，森林土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的周轉(zhuǎn)速率很快，有機(jī)質(zhì)礦化產(chǎn)生的無(wú)機(jī)氮很快被微生物固定為有機(jī)氮，常規(guī)研究測(cè)定的土壤凈氮礦化速率或凈硝化速率為負(fù)值或者很低的情況實(shí)際上并不意味著森林土壤的氮礦化和硝化能力很低[13]。自然條件下，土壤凈氮轉(zhuǎn)化速率是控制氮轉(zhuǎn)化的各個(gè)初級(jí)轉(zhuǎn)化速率的綜合結(jié)果[14]，不能表征土壤氮實(shí)際轉(zhuǎn)化速率的大小。因此，研究土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率可以從過(guò)程水平上深入認(rèn)識(shí)控制森林土壤中無(wú)機(jī)氮形態(tài)和含量的各個(gè)氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的初始速率[15]，對(duì)于了解森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、氮素循環(huán)，評(píng)價(jià)森林土壤中氮素的可利用性以及森林經(jīng)營(yíng)管理具有重要意義。

針葉林和闊葉林是我國(guó)寒溫帶地區(qū)的兩種主要林型，前期已有較多關(guān)于寒溫帶森林土壤凈氮轉(zhuǎn)化速率的研究[1,11,16]，但尚未有從土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率角度開(kāi)展的研究報(bào)道。此外，受進(jìn)入土壤的林木凋落物數(shù)量、分解速率及林木根系活力差異的影響，不同深度土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)存在差異，進(jìn)而可能導(dǎo)致土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率的不同。因此，本研究以我國(guó)東北寒溫帶的人工紅松針葉林（簡(jiǎn)稱針葉林，下同）和天然次生闊葉混交林（簡(jiǎn)稱闊葉林，下同）不同深度的表層土壤為研究對(duì)象，采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，通過(guò)15N 同位素成對(duì)標(biāo)記技術(shù)和FLUAZ 數(shù)值優(yōu)化模型研究土壤氮初級(jí)礦化速率、銨態(tài)氮固定速率、硝態(tài)氮固定速率、初級(jí)硝化速率特征對(duì)林型和土壤深度的響應(yīng)，旨在揭示該地區(qū)森林土壤氮素轉(zhuǎn)化特征，了解森林土壤氮供應(yīng)能力及氮有效性，為森林生態(tài)系統(tǒng)的合理經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試針葉林和闊葉林土壤采自黑龍江省北安市趙光鎮(zhèn)，該地區(qū)位于47°35′～48°33′ N、126°16′～127°53′ E 之間，海拔300～350 m，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤類型為暗沃冷涼淋溶土，成土母質(zhì)以花崗巖、砂頁(yè)巖的風(fēng)化殘積物為主，有黏化層和暗沃表層[17-18]。北安市年平均降水量553 mm，年平均氣溫2 ℃。人工紅松針葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為紅松（Pinus koraiensisSieb. et Zucc.），其他樹(shù)種為云杉（Picea asperataMast.）和冷杉（Abies nephrolepisMaxim.），平均樹(shù)齡超過(guò)50 a，樹(shù)木間距約2 m。天然次生闊葉混交林主要樹(shù)種包括樺樹(shù)（Betula platyphyllaSuk.）、楊樹(shù)（Populus BonatiiLevt.）、糠椴（Tilia mandshuricaRmpr.et Maxim.）、榆樹(shù)（Ulmus pumilaLinn.）和蒙古櫟（Quercus mongolicaFisch. ex Ledeb.），平均樹(shù)齡超過(guò)50 a。灌木有毛榛子（Corylus mandshuricaMaxim.）、暴馬丁香（Syringa reticulate（ Blume） H. Hara var.amurensis（Rupr.） J. S. Pringle）、東北鼠李（Rhamnus schneideriLevl.）、 金 銀 忍 冬（Lonicera maackii（Rupr.） Maxim.）、東北溲疏（Deutzia parvifloraBunge var.amurensisRegel）等。

于2020 年10 月8 日取樣，每種林型土壤設(shè)置3 個(gè)空間重復(fù)采樣區(qū)域，空間重復(fù)間隔300 m左右，每個(gè)空間重復(fù)采樣區(qū)域再設(shè)置5 個(gè)采樣點(diǎn)（1 m × 1 m），采樣點(diǎn)間隔20 m 左右，每個(gè)采樣點(diǎn)去除表層枯枝落葉后用直徑為5 cm 的環(huán)刀分別采集0～10、10～20 cm 土壤，將每個(gè)土層的10 個(gè)樣品混勻后作為此土層的一個(gè)空間重復(fù)樣品[11,19]。此混合樣品過(guò)2 mm 篩后一部分新鮮土樣置于4 ℃冰箱中儲(chǔ)存用于培養(yǎng)試驗(yàn)，其余土樣風(fēng)干后用于土壤理化性質(zhì)分析，2 種林型土壤的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Table 1 Physico-chemical properties of the studied soils (mean ± SD)

1.2 培養(yǎng)試驗(yàn)

本研究采用15N 同位素成對(duì)標(biāo)記室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，每個(gè)土壤設(shè)置2 個(gè)15N 標(biāo)記處理：一個(gè)處理添加15NH4NO3，一個(gè)處理添加NH415NO3，每個(gè)處理3 次重復(fù)。稱取30 g（干基）新鮮土壤至250 mL三角瓶中，用移液管向三角瓶中均勻加入2 mL15N 標(biāo)記的15NH4NO3或NH415NO3溶液（標(biāo)記豐度為5% atom），使添加的銨態(tài)氮濃度達(dá)到20 mg·kg?1，同時(shí)將土壤水分含量調(diào)至最大持水量的60%。將三角瓶用錫箔封口，并在錫箔上扎4～5 個(gè)洞以利于通氣，然后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d，培養(yǎng)期間每隔1 d 通過(guò)稱質(zhì)量法補(bǔ)充蒸發(fā)損失的水分。分別在培養(yǎng)后的0、1、3、5、7 d破壞性取樣，向三角瓶中加入75 mL 2 mol·L?1的KCl 溶液，250 rpm 下振蕩提取1 h 后過(guò)濾，將濾液收集于100 mL 塑料瓶中用于分析無(wú)機(jī)氮濃度及其15N 豐度。過(guò)濾后的土壤用去離子水淋洗3 次以去除殘留的KCl，然后將土壤于60 ℃下烘干，球磨儀磨碎后用于分析土壤有機(jī)氮濃度及其15N 豐度。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤pH 用電位法測(cè)定（液土比為2.5:1）；土壤有機(jī)碳和全氮用CN 元素分析儀（vario MACRO cube, Germany）測(cè)定；土壤砂粒、粉粒、黏粒含量用比重計(jì)法測(cè)定；土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量用MgO-定氮合金蒸餾法測(cè)定[20]；土壤用水浸提后利用有機(jī)碳氮分析儀測(cè)定水溶性有機(jī)碳和水溶性有機(jī)氮含量[21]；土壤最大持水量參照Fierer 和Schimel的方法測(cè)定[22]；土壤無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮的15N 豐度采用同位素質(zhì)譜儀（Thermo Fisher MAT 253, USA）測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率采用FLUAZ 模型擬合得出[23]。將每一次取樣獲得的標(biāo)記銨態(tài)氮庫(kù)和硝態(tài)氮庫(kù)的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機(jī)氮濃度及其15N 豐度分別輸入到模型中，通過(guò)數(shù)值優(yōu)化擬合出土壤氮初級(jí)礦化速率（gm）、初級(jí)硝化速率（gn）、初級(jí)固定速率（gi）、銨態(tài)氮固定速率（ia）、硝態(tài)氮固定速率（in）。FLUAZ 模型以最小平均加權(quán)誤差（MWE, mean weighed error）為標(biāo)準(zhǔn)擬合數(shù)據(jù)，相對(duì)于最小平方和而言更加標(biāo)準(zhǔn)化，能夠更加準(zhǔn)確反映速率之間的變異，估算的土壤氮轉(zhuǎn)化速率與實(shí)測(cè)值之間具有很好的一致性，而且運(yùn)用簡(jiǎn)便、迅速。該模型可以擬合出不同培養(yǎng)時(shí)間段的氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率，能夠反映土壤氮轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，本文通過(guò)加權(quán)平均法計(jì)算出了整個(gè)培養(yǎng)期間的平均氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率。文中數(shù)據(jù)均為3 次重復(fù)的平均值，采用Origin 軟件做圖，采用SPSS 軟件進(jìn)行不同處理間的差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中無(wú)機(jī)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

2 種林型土壤中無(wú)機(jī)氮含量的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖1。針葉林0～10 cm 土壤銨態(tài)氮含量在0～1 d 略有增加，之后沒(méi)有顯著變化；而10～20 cm 土壤銨態(tài)氮含量在整個(gè)培養(yǎng)期間基本保持不變。闊葉林0～10 cm 土壤銨態(tài)氮含量隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加顯著增加，10～20 cm 土壤銨態(tài)氮含量增加較緩（圖1A）。說(shuō)明闊葉林土壤有機(jī)氮礦化作用較強(qiáng)，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮的速率高于針葉林土壤。2 種林型不同深度土壤中硝態(tài)氮含量在培養(yǎng)期間的動(dòng)態(tài)變化很?。▓D1B），說(shuō)明土壤硝化速率較低。無(wú)論是針葉林還是闊葉林，各個(gè)取樣時(shí)間0～10 cm 土壤無(wú)機(jī)氮含量均顯著大于10～20 cm土壤（p<0.05）。無(wú)論0～10 cm 還是10～20 cm 土壤，闊葉林土壤銨態(tài)氮含量都顯著高于針葉林土壤（p<0.05） （圖1A），而闊葉林土壤硝態(tài)氮含量則顯著低于針葉林土壤（p<0.05） （圖1B）。

圖1 針葉林(CF)和闊葉林(BF)不同深度土壤中無(wú)機(jī)氮含量的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Dynamic changes of inorganic N contents in coniferous (CF) and broad-leaved (BF)forest soils at different soil depths

2.2 土壤中無(wú)機(jī)氮15N 豐度的動(dòng)態(tài)變化

2 種林型土壤中無(wú)機(jī)氮15N 豐度的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖2。在15NH4NO3標(biāo)記的土壤樣品中，針葉林和闊葉林土壤中NH4+庫(kù)的15N 豐度隨培養(yǎng)時(shí)間的增加有不同程度的下降，闊葉林土壤的15N 豐度下降速率相對(duì)較快，說(shuō)明有機(jī)氮礦化產(chǎn)生了自然豐度的銨態(tài)氮稀釋了標(biāo)記的NH4+庫(kù)，闊葉林土壤的有機(jī)氮礦化速率比針葉林土壤更快。隨著土壤深度的增加，2 種林型土壤NH4+庫(kù)的15N 豐度下降幅度均變緩（圖2A）。在15NH4NO3標(biāo)記的土壤樣品中，NO3?庫(kù)的15N 豐度在整個(gè)培養(yǎng)期間沒(méi)有顯著變化（圖2B）。在NH415NO3標(biāo)記的土壤樣品中，無(wú)論哪種林型和土壤深度，培養(yǎng)期間各處理NH4+庫(kù)的15N 豐度均無(wú)明顯變化（圖2C），說(shuō)明土壤中不存在標(biāo)記的NO3?異化還原為NH4+或已同化的15NO3?再礦化。培養(yǎng)期間各處理土壤中NO3?庫(kù)的15N 豐度隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，說(shuō)明土壤中發(fā)生了硝化作用產(chǎn)生了自然豐度的NO3?稀釋了標(biāo)記豐度的NO3?庫(kù)。同一深度下，針葉林土壤的下降幅度相對(duì)較大；隨著土壤深度增加，2 種林型土壤NO3?庫(kù)的15N 豐度下降幅度都有所降低（圖2D）。

2.3 土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率

林型和土壤深度對(duì)土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率具有顯著影響，二者的交互作用也顯著影響除初級(jí)硝化速率之外的其余各個(gè)氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率（圖3）。無(wú)論是0～10 cm 還是10～20 cm 土壤，氮初級(jí)礦化速率、初級(jí)固定速率、銨態(tài)氮固定速率和硝態(tài)氮固定速率都表現(xiàn)為闊葉林土壤顯著高于針葉林土壤，而初級(jí)硝化速率則是針葉林土壤顯著高于闊葉林土壤（p<0.05）。無(wú)論是針葉林還是闊葉林，隨著土壤深度的增加，各個(gè)氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率都顯著下降（p<0.05）。針葉林0～10 cm 和10～20 cm 土壤初級(jí)硝化速率與銨態(tài)氮固定速率比值（gn/ia）分別為1.56 和1.92，顯著高于闊葉林相同土層（0.27、0.15）（p<0.05）。

注：圖中不同小寫(xiě)字母表示各處理間差異顯著(p<0.05)。Notes: Different lowercase letters indicate significant difference among the four treatments (p<0.05).

相關(guān)分析表明：土壤氮初級(jí)礦化速率、初級(jí)固定速率、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮固定速率都與土壤pH、SOC、TN、SOCw、SONw和NH4+-N 含量呈顯著正相關(guān)，初級(jí)礦化速率、初級(jí)固定速率和銨態(tài)氮固定速率都與C/N 呈顯著負(fù)相關(guān)（表2）。初級(jí)硝化速率與NO3?-N 和砂粒含量呈顯著正相關(guān)，與土壤pH、WHC、粉粒和黏粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)（表2）。

表2 土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系Table 2 The correlations between soil gross N transformation rates and soil physico-chemical properties

3 討論

本研究中供試林地土壤的氮初級(jí)礦化速率為0.53～3.22 mg·kg?1·d?1，這與Cheng等[24]報(bào)道的中國(guó)南方亞熱帶森林土壤（ 0.56～5.02 mg·kg?1·d?1）和Burton 等[25]報(bào)道的澳大利亞亞熱帶森林土壤（0.62～1.78 mg·kg?1·d?1）的氮初級(jí)礦化速率相當(dāng)，但是低于智利南方[26]（14.7 mg·kg?1·d?1）和巴西東部[27]（5.0～13.9 mg·kg?1·d?1）的森林土壤氮初級(jí)礦化速率，這可能與林木類型、樹(shù)齡、氣候、土壤微生物種類及數(shù)量等因素差異有關(guān)，其中，林型是一個(gè)重要影響因素。本研究結(jié)果表明，闊葉林土壤的氮初級(jí)礦化速率顯著高于針葉林土壤（圖3），可能與不同林型所處生存環(huán)境的溫、濕度以及林木凋落物的種類和數(shù)量差異會(huì)影響土壤中參與氮素轉(zhuǎn)化的微生物群體種類、數(shù)量與活性有關(guān)[12,28]。土壤有機(jī)碳是微生物生存的基質(zhì)和來(lái)源，通常土壤有機(jī)碳含量越高，微生物活性越強(qiáng)，氮礦化能力越高[29]。本研究也發(fā)現(xiàn)，2 種林型土壤氮初級(jí)礦化速率與土壤有機(jī)碳和水溶性有機(jī)碳含量均呈顯著正相關(guān)（表2）。一方面，針葉林凋落物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較少，而且其難降解化合物種類（木質(zhì)素、纖維素、單寧等）和數(shù)量較多，分解速率緩慢，輸入土壤的有機(jī)物數(shù)量和質(zhì)量都顯著低于闊葉林[8]，導(dǎo)致針葉林土壤氮初級(jí)礦化速率較低。另一方面，針葉林凋落物在分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)酸類化合物，致使土壤pH 顯著低于闊葉林土壤[30]，進(jìn)而降低氮轉(zhuǎn)化相關(guān)土壤微生物種類和數(shù)量，導(dǎo)致針葉林土壤氮初級(jí)礦化速率低于闊葉林土壤。Cheng等[24]和Zhang 等[3]基于亞熱帶森林土壤的研究結(jié)果也表明，闊葉林土壤氮初級(jí)礦化能力顯著高于針葉林土壤。此外，土壤C/N 也是影響土壤氮初級(jí)礦化速率的一個(gè)重要因素，土壤C/N 越高，有機(jī)物的降解程度越低，氮初級(jí)礦化速率越低[31]。相關(guān)分析結(jié)果也顯示，2 種林型土壤C/N 與氮初級(jí)礦化速率呈顯著負(fù)相關(guān)（表2），這與Zhu 等[32]和Zhao等[33]基于亞熱帶森林土壤的研究結(jié)果一致，表明C/N可能是影響森林生態(tài)系統(tǒng)中土壤可利用有效氮數(shù)量的關(guān)鍵因素。隨著土壤深度的增加，輸入土壤的有機(jī)物數(shù)量減少，土壤微生物數(shù)量和活性都會(huì)降低，因此，氮初級(jí)礦化速率相應(yīng)顯著降低。

林型對(duì)土壤銨態(tài)氮固定速率的影響與氮初級(jí)礦化速率相同，表現(xiàn)為闊葉林土壤顯著高于針葉林土壤。有研究報(bào)道，闊葉林土壤銨態(tài)氮固定速率是針葉林土壤的4～5 倍[2-3]，這與本研究結(jié)果相似。研究指出，參與氮素固定過(guò)程的微生物只能利用簡(jiǎn)單易分解有效碳[34]。因此，本研究中闊葉林土壤較高的水溶性有機(jī)碳含量可能是導(dǎo)致其銨態(tài)氮固定速率顯著高于針葉林土壤的主要原因，具體機(jī)制還需進(jìn)行更深入研究。一般認(rèn)為，當(dāng)土壤中同時(shí)存在銨態(tài)氮和硝態(tài)氮時(shí)，微生物主要利用銨態(tài)氮[35]，而且即便很低濃度的銨態(tài)氮也可以抑制微生物對(duì)硝態(tài)氮的固定[36]。然而，本研究中，0～10 cm 土壤硝態(tài)氮固定速率為0.10～0.21 mg N·kg?1·d?1，說(shuō)明即便銨態(tài)氮的濃度相對(duì)較高，硝態(tài)氮的固定仍可占一定比例，這與前人研究結(jié)果一致[3,37]。2 種林型10～20 cm 土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮固定速率均顯著低于0～10 cm 土壤，10～20 cm 土壤硝態(tài)氮的固定速率可以忽略不計(jì)，這可能與土壤中有效碳數(shù)量的顯著降低有關(guān)，硝態(tài)氮的固定需要消耗較多的能量[35]，當(dāng)可利用有效碳數(shù)量減少，土壤無(wú)機(jī)氮的固定速率也相應(yīng)降低。

研究指出，pH 是影響硝化作用的重要因素[38]，土壤初級(jí)硝化速率與土壤pH 呈顯著正相關(guān)[39]。本研究中針葉林土壤雖然具有較低的pH，但其初級(jí)硝化速率顯著高于闊葉林土壤（圖3），這可能與土壤中發(fā)生了異養(yǎng)硝化作用有關(guān)[25,40]。真菌主導(dǎo)的異養(yǎng)硝化普遍存在于自然生態(tài)系統(tǒng)中，尤其是pH 較低的酸性針葉林土壤中，土壤中NO3?的產(chǎn)生主要是由有機(jī)氮直接氧化所致[41]。無(wú)論是室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)還是原位15N 標(biāo)記試驗(yàn)結(jié)果都表明，針葉林和闊葉林土壤的自養(yǎng)硝化速率相近，但針葉林土壤較高的異養(yǎng)硝化速率導(dǎo)致其總初級(jí)硝化速率顯著高于闊葉林土壤[2-3]。然而，本研究采用FLUAZ 模型擬合的初級(jí)硝化速率結(jié)果不能區(qū)分自氧硝化速率和異養(yǎng)硝化速率，因此，后續(xù)可以考慮使用馬爾可夫鏈蒙特卡羅（MCMC）模型開(kāi)展進(jìn)一步深入研究。2 個(gè)林型土壤的初級(jí)硝化速率都隨著土壤深度增加而顯著降低，尤其是闊葉林10～20 cm 土壤的初級(jí)硝化速率可以忽略不計(jì)，說(shuō)明此土層中參與硝化過(guò)程的微生物活性顯著低于0～10 cm 土壤[42]。

在沒(méi)有種植作物的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下，酸性土壤中銨態(tài)氮主要有兩個(gè)去向：一是在硝化微生物的作用下發(fā)生硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，二是被土壤微生物固定為有機(jī)氮。因此，土壤初級(jí)硝化速率與銨態(tài)氮固定速率的比值（gn/ia）可以用來(lái)表征土壤中銨態(tài)氮的主要去向，并可用來(lái)衡量土壤硝態(tài)氮的淋溶風(fēng)險(xiǎn)[34,43]。本研究中，針葉林0～10 cm 和10～20 cm 土壤的gn/ia值均顯著高于闊葉林相同深度土壤，且針葉林0～10 cm 土壤硝態(tài)氮固定速率顯著低于闊葉林土壤。由此可見(jiàn)，針葉林土壤中硝態(tài)氮的產(chǎn)生能力強(qiáng)于闊葉林土壤，而無(wú)機(jī)氮的固持能力卻相對(duì)較弱，導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮的淋溶風(fēng)險(xiǎn)更高。Staelens 等[2]的原位試驗(yàn)研究結(jié)果也表明，針葉林土壤總的自養(yǎng)硝化和異養(yǎng)硝化速率顯著高于闊葉林土壤，而硝態(tài)氮固定能力卻可以忽略不計(jì)，導(dǎo)致針葉林土壤硝態(tài)氮含量很高，具有較高的硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)和氮飽和特征。

4 結(jié)論

林型對(duì)土壤氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率具有重要影響，天然次生闊葉混交林土壤的氮初級(jí)礦化速率、銨態(tài)氮固定速率、硝態(tài)氮固定速率均顯著大于人工紅松針葉林土壤，但初級(jí)硝化速率則顯著小于人工紅松針葉林土壤。隨著土壤深度的增加，人工紅松針葉林土壤和天然次生闊葉混交林土壤的氮初級(jí)轉(zhuǎn)化速率都顯著降低。人工紅松針葉林土壤的硝態(tài)氮產(chǎn)生能力較強(qiáng)，且無(wú)機(jī)氮固定能力較弱，導(dǎo)致其硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險(xiǎn)大于天然次生闊葉混交林土壤。