沈 健，何宗明，郜士壘，林 宇，趙文東，董 強(qiáng)

（1.福建農(nóng)林大學(xué) a.林學(xué)院；b.國家林業(yè)和草原局杉木工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；2.福建省閩侯白沙國有林場，福建 閩侯 350100）

土壤碳氮是生物生存所需的重要營養(yǎng)元素，兩者共同維系著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。土壤碳可以加快養(yǎng)分循環(huán)，改良土壤結(jié)構(gòu)；土壤氮可以調(diào)控陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，與土壤碳緊密相關(guān)。森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮循環(huán)過程是能量交換和物質(zhì)循環(huán)的核心[2]，且土壤碳氮儲存和循環(huán)相互耦合。植物根系和枯落物是森林土壤碳、氮的主要來源，在維持土壤肥力、物質(zhì)循環(huán)、養(yǎng)分有效性以及森林生態(tài)系統(tǒng)碳、氮收支等方面有著重要作用[3-4]。森林生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)過程受多種因素共同影響，樹種就是關(guān)鍵的影響因子之一，不同樹種的枯落物數(shù)量、質(zhì)量和降解速率以及根系生物量、根系分泌物和根際沉降過程等均具有差異，進(jìn)而導(dǎo)致林地土壤碳氮庫和碳氮循環(huán)過程具有差異性[5-6]。當(dāng)下，關(guān)于改變有機(jī)質(zhì)輸入對土壤呼吸影響的報道較多，但改變有機(jī)質(zhì)輸入對土壤碳氮庫穩(wěn)定性變化，以及土壤碳氮各組分與有機(jī)質(zhì)輸入關(guān)系的研究較少，且大多研究主要在歐美地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)中，其結(jié)論不能直接應(yīng)用到我國的森林中。在全球大氣變化和人類活動影響愈來愈劇烈的背景下，亟待加強(qiáng)這方面的研究，以更好地應(yīng)對土壤碳氮庫和碳氮循環(huán)變化，來保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定循環(huán)[7]。

沿海地區(qū)人工林生態(tài)系統(tǒng)受海洋、陸地、大氣三方面共同影響，其碳氮循環(huán)與內(nèi)陸生態(tài)系統(tǒng)有很大不同，濱海沙地土壤碳氮及各組分含量明顯小于內(nèi)陸，生態(tài)環(huán)境更為脆弱[8-9]。隨著全球變化進(jìn)程的不斷加劇，出現(xiàn)了全球變暖、二氧化碳濃度增加和全球降雨量再分配等一系列問題，以及大氣環(huán)境污染、干旱脅迫、森林病原體入侵等自然干擾，去除枯落物、切斷植物根系和控制火燒等人為干擾，都會導(dǎo)致森林地上/地下有機(jī)質(zhì)輸入改變，造成林下地表覆蓋狀況和地下植物根系周轉(zhuǎn)的一系列變化，使森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和生物多樣性發(fā)生改變，對土壤儲存碳氮產(chǎn)生重要影響[10-11]。沿海人工林土壤養(yǎng)分輸入主要來源于地表枯落物和地下植物根系，土壤碳氮循環(huán)過程主要是受枯落物分解和根系代謝周轉(zhuǎn)的影響[12]。為探究濱海地區(qū)人工林土壤生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)對枯落物和根系有機(jī)物質(zhì)輸入的響應(yīng)，以福建省南部地區(qū)具有代表性的2種（濕地松Pinus elliottii和尾巨桉Eucalyptus urophylla×E.grandis）沿海人工防護(hù)林為試驗對象，通過設(shè)置去除根系、去除枯落物以及對照處理來研究2種防護(hù)林土壤碳氮儲量、DOC、DON、MBC、MBN含量變化，以期為提高濱海沙地人工防護(hù)林土壤碳氮保留能力提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)沿海地區(qū)人工防護(hù)林可持續(xù)經(jīng)營。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地位于福建省長樂大鶴國有防護(hù)林場（119°40′～119°43′E，25°57′～25°59′N），該林場始建于1964年，氣候?qū)賮啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，東臨東海，地貌屬沿海臺地，屬沿海防護(hù)林基干林帶區(qū)域。平均海拔10 m，年平均氣溫19.2℃，最高溫度37.4℃，平均濕度72.3%，年均降水量為1 382 mm，年實際日照時數(shù)1 837.6 h，霜凍害較少，早霜多出現(xiàn)在12月，晚霜在2月，無霜期320 d以上，全年無積雪現(xiàn)象。土壤為6～10 m厚的濱海風(fēng)積沙土，保水性和肥力較差，林下植被稀少,常見植被有大薊Cirsium japonicum、碩苞薔薇Rosa bracteata、馬纓丹Lantana camara、白茅Imperata cylindrica、茅莓Rubus parvifolius等。

1.2 試驗設(shè)計

以濕地松Pinus elliottii和尾巨桉Eucalyptus urophylla×E.grandis2種人工林為研究對象，林地基本情況見表1。2019年9月，在濕地松林和尾巨桉林內(nèi)隨機(jī)選擇4個25 m×25 m的樣方，樣方內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個2 m×2 m的小區(qū)。在每個小區(qū)中設(shè)置3種不同處理：1）去除根系（RR）：采用挖壕溝法，沿小區(qū)周圍挖寬30 cm、深70 cm的壕溝切斷植物根系，并填入尼龍網(wǎng)袋隔離新長出的植物根系；2）去除枯落物（RL）：將地面上的枯落物清理干凈，并在距地面1 m處設(shè)置網(wǎng)框收集枯落物，阻止枯枝落葉進(jìn)入小區(qū)內(nèi)；3）對照（CK）：土壤中根系和枯落物輸入維持在自然狀態(tài)下。

表1 林地基本概況Table 1 Basic situation of the forest land

1.3 土壤樣品采集、處理和測定方法

2020年9月，在每個2 m×2 m的小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取6個點，使用200 cm3環(huán)刀進(jìn)行取樣，深度為0～10 cm。去除殘留的凋落物、可見根系以及其他雜質(zhì)，混勻后冷藏帶回實驗室。一部分樣品在室內(nèi)自然風(fēng)干后過2 mm篩，儲存在4℃的冰箱中用于測定土壤可溶性有機(jī)碳氮、土壤微生物碳氮和礦質(zhì)氮（NH4+-N、NO3--N）含量，剩下部分土樣研磨后過0.149 mm篩，用于測定土壤pH值、全碳（TC）和全氮（TN）含量。同時，采用環(huán)刀法取原狀土，測定土壤容重；用冷水浸提法測定土壤可溶性有機(jī)碳、氮（水土比為4∶1）；用氯仿—熏蒸浸提法測定土壤微生物生物量碳、氮；使用2 mol·L-1的氯化鉀溶液（土∶氯化鉀＝1∶4）浸提土壤中的礦質(zhì)氮，并采用連續(xù)流動分析儀（BRAN+LUEBBE AA3）測定；土壤全碳和全氮含量采用（Vario MICRO cube, Elementar, 德國）直接測定，用pH計測定土壤pH值（土壤與蒸餾水比例為1∶2.5）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)下列公式計算全碳儲量和全氮儲量：

RTC=TCn×BDn×Dn×0.1；

RTN=TNn×BDn×Dn×0.1。

式中：RTC和RTN分別為第n層土壤全碳儲量和全氮儲量（t·hm-2），TCn和TNn分別為第n層土壤全碳和土壤全氮（g·kg-1），BDn為第n層土壤容重（g/cm3），Dn為第n層土層厚度（cm），0.1為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

根據(jù)下列公式計算微生物碳（MBC）和微生物（MBN）含量：

MBC=(CF-CNF)/KEC；

MBN=(NF-NNF)/KEN。

式中：CF和NF為熏蒸樣品的有機(jī)碳含量和有機(jī)氮含量（mg/kg），CNF和NNF為未熏蒸樣品的有機(jī)碳含量和有機(jī)氮含量（mg/kg）；KEC和KEN為MBC和MBN的浸提系數(shù)（0.45）。

采用Excel 2019軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）；利用最小顯著差異法（Least-significant difference，LSD）檢驗各指標(biāo)間的差異顯著性，采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析確定土壤碳氮各組分之間的相關(guān)性，采用Origin 2021軟件作圖，圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種人工林不同處理下土壤碳氮儲量

濕地松林對照處理土壤碳儲量低于尾巨桉林，但土壤氮儲量大小與之相反（濕地松林＞尾巨桉林）；去除根系后，濕地松林土壤碳儲量高于尾巨桉林，但土壤氮儲量與之相反（尾巨桉林＞濕地松林）；去除枯落物后，濕地松林土壤碳、氮儲量均低于尾巨桉林，但2種人工林去除根系或枯落物后土壤碳氮儲量差異均未達(dá)到顯著水平。在濕地松和尾巨桉人工林中不同處理碳儲量大小分別表現(xiàn)為：RR＞CK＞RL，RL＞CK＞RR，氮儲量大小分別表現(xiàn)為：CK＞RR＞RL，RL＞RR＞CK。2種林地土壤碳、氮儲量和碳氮比對去除根系或枯落物處理的響應(yīng)不同，與對照相比，濕地松林地去除根系后土壤碳儲量增加4.19%，氮儲量下降13.0%，去除枯落物后碳、氮儲量下降了15.0%、20.4%；尾巨桉林地去除根系后土壤碳儲量下降6.7%，氮儲量增加9.83%，去除枯落物后土壤碳、氮儲量增加16.6%、11.8%。兩種林地土壤C/N為8.71～12.15，濕地松林地去除枯落物對土壤C/N影響顯著，尾巨桉林地去除根系對土壤C/N影響顯著（P＜0.05）。

2.2 不同處理下土壤可溶性有機(jī)碳氮和微生物量碳氮含量變化

從表2可以看出，濕地松人工林對照處理土壤可溶性有機(jī)碳氮和微生物碳氮含量均低于尾巨桉人工林；去除根系后，濕地松林土壤DON、MBC、MBN含量均高于尾巨桉林，但土壤DOC含量低于尾巨桉林；去除枯落物后，濕地松林土壤DOC、DON、MBN均低于尾巨桉林，但土壤MBC含量高于尾巨桉林。2種林地去除根系或枯落物后土壤DOC、MBC、MBN含量均低于對照處理，濕地松林地去除枯落物或根系后土壤DON含量增加，尾巨桉林地去除枯落物后土壤DON含量降低，去除根系后土壤DON含量增加。濕地松林地去除枯落物對土壤DOC、MBN含量影響顯著（P＜0.05），去除根系對土壤MBC含量影響顯著（P＜0.05）；尾巨桉林地去除枯落物對土壤DOC、MBC、MBN含量影響顯著（P＜0.05），去除根系對土壤MBC、MBN含量影響顯著（P＜0.05）。

圖1 2種林分不同處理下土壤碳氮儲量特征Fig.1 Characteristics of the soil carbon and nitrogen storage of the two plantations under different treatments

表2 不同處理下土壤DOC、DON、MBC、MBN儲量特征Table 2 Soil DOC, DON, MBC and MBN accumulation characteristics under different treatments

2.3 不同處理下土壤礦質(zhì)氮含量變化

從圖2可以看出，對照處理下2種人工林土壤銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為濕地松＞尾巨桉，硝態(tài)氮和礦質(zhì)氮含量表現(xiàn)為濕地松＜尾巨桉，去除根系或枯落物后，濕地松林土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、礦質(zhì)氮含量均高于尾巨桉林。在濕地松人工林中土壤銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為RL＞CK＞RR，其中去除枯落物處理對土壤銨態(tài)氮含量有顯著影響（P＜0.05）；硝態(tài)氮含量和礦質(zhì)氮含量均表現(xiàn)為RL＞RR＞CK，去除枯落物處理的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于對照處理（P＜0.05）。在尾巨桉人工林中土壤銨態(tài)氮和礦質(zhì)氮含量均表現(xiàn)為：CK＞RR＞RL，去除枯落物后土壤礦質(zhì)氮含量顯著低于對照處理（P＜0.05），土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為RR＞RL＞CK。根據(jù)硝態(tài)氮在礦質(zhì)氮含量中所占的比重可以看出土壤硝化作用的強(qiáng)弱，濕地松和尾巨桉人工林中根系或枯落物去除均使硝態(tài)氮含量占礦質(zhì)氮含量的比重升高，與對照相比，尾巨桉人工林土壤硝化作用對根系或枯落物去除的響應(yīng)具有顯著差異（P＜0.05），說明土壤硝化作用在根系或枯落物去除后表現(xiàn)明顯。

圖2 2種林分不同處理下土壤礦質(zhì)氮儲量特征Fig.2 The characteristics of soil mineral nitrogen accumulation of the two plantations under different treatments

2.4 不同處理下土壤碳氮各組分之間的相關(guān)性

相關(guān)分析結(jié)果表明（表3），不同處理下土壤可溶性有機(jī)碳與可溶性有機(jī)氮、微生物量碳、微生物量氮之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與硝態(tài)氮呈顯著正相關(guān)；土壤可溶性有機(jī)氮與微生物量碳之間呈極顯著正相關(guān)，與微生物量氮呈顯著正相關(guān)；微生物量碳與微生物量氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮呈顯著正相關(guān)；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮與DOC、DON、MBN之間均無顯著相關(guān)性，其他指標(biāo)之間也無顯著相關(guān)。

表3 不同處理下土壤碳氮與各指標(biāo)相關(guān)關(guān)系?Table 3 Correlation between soil carbon, nitrogen and various indicators under different carbon inputs

3 討 論

3.1 不同處理方式對濱海沙地濕地松、尾巨桉人工林土壤碳氮儲量的影響

本研究中，濕地松和尾巨桉林地土壤碳氮儲量差異較小，2種人工林對照組土壤碳氮儲量范圍分別為5.15～5.50和0.49～0.55 t/hm2，與柳葉等[13]在沙地樟子松人工林中的研究結(jié)果和張書齊等[14]在海南島海岸帶沙地土壤中的研究結(jié)果相似；與弓文艷等[15]在撫順市遼東棕壤、暗棕壤中的研究結(jié)果（碳儲量為89.89～112.94 t/hm2）、張智勇等[16]在陜北黃綿土中的研究結(jié)果（不同植被類型土壤有機(jī)碳儲量介于41.11～74.76 t/hm2）和李智超等[17]在江西省地帶性低山丘陵紅壤、黃壤類型及其亞類中的研究結(jié)果（碳氮儲量分別為60.97～85.38和4.62～5.83 t/hm2）差異較大。結(jié)果表明，沙地土壤碳氮儲量明顯低于內(nèi)陸森林土壤，其原因可能與濱海沙地的土壤特性有關(guān)，砂質(zhì)土壤土質(zhì)疏松，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)難以形成，物理性沙粒占比高達(dá)90%以上，土壤孔隙大滲透性強(qiáng)，養(yǎng)分極易被雨水淋溶損失，導(dǎo)致沙地土壤碳氮儲量低[18]。

尾巨桉林對去根處理的響應(yīng)表現(xiàn)為碳儲量下降，氮儲量增加，土壤碳表現(xiàn)特征與Lajtha 等[19]在長達(dá)20 a的DIRT試驗中的結(jié)果（碳含量約下降9%）一致，植物根系主要通過分泌物和死亡分解等方式向土壤輸入有機(jī)碳，對土壤碳素積累起著重要作用，去除根系后土壤活性碳輸入減少，土壤碳儲量下降。土壤氮表現(xiàn)特征與Ross等[20]在新西蘭海岸沙地輻射松人工林中的試驗結(jié)果（氮含量增加）一致，去除根系會減少土壤碳輸入，導(dǎo)致硝化作用增強(qiáng)，氮含量增加。去除枯落物使?jié)竦厮闪值靥嫉獌α肯陆?，這與Janos等[21]的研究結(jié)果（在0～15 cm深土壤有機(jī)碳、有機(jī)氮含量都有所下降）一致，地表枯落物是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源之一，去除后土壤碳源輸入減少，枯落物分解產(chǎn)生的氮元素含量也減少，還會降低土壤保水能力，使土壤養(yǎng)分易以地表徑流的方式損失，導(dǎo)致土壤碳氮儲量下降。尾巨桉林碳氮儲量增加，這與Wan等[22]的研究結(jié)果（土壤全碳和全氮含量增加）一致，去除枯落物后地表腐殖質(zhì)層水熱因子發(fā)生改變，會加快腐殖質(zhì)層的分解礦化速率，雖然隔絕了新的枯落物與土壤接觸，但原有腐殖質(zhì)層仍能為表層土壤提供大量有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致林地土壤碳儲量增加。2種人工林營建在同一采伐跡地上，采取相同的撫育管理措施，其立地條件、氣候狀況、撫育施肥量等因子均相同，試驗處理時長也相同，但去除根系或枯落物后對2種人工林土壤碳氮儲量的影響不同，這可能與樹種養(yǎng)分周轉(zhuǎn)速率有關(guān)，濕地松和尾巨桉枯落物的數(shù)量、質(zhì)量和根系分泌物量以及林地土壤微生物的代謝產(chǎn)物等均有差異。Kotroczó等[23]在SIK森林中去除根系或枯落物（第1年和第2年）使土壤有機(jī)碳、氮含量和C/N降低；Yano等[24]在藍(lán)桉人工林中去除枯落物沒有引起土壤總有機(jī)碳的變化。以上研究結(jié)果表明改變地上、地下碳輸入方式會使土壤碳氮儲量發(fā)生改變，但不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮儲量對去除根系或枯落物的響應(yīng)不同，其結(jié)果會受林分特征（立地條件、林下植被、樹種組成、林齡、土壤原有狀態(tài)等）和處理方式（如強(qiáng)度、時間、頻次等）影響。

3.2 不同處理方式對濱海沙地濕地松、尾巨桉人工林土壤DOC、DON的影響

尾巨桉人工林土壤DOC和DON含量高于濕地松林，這與Burton等[25]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)闊葉林DON含量要高于針葉（南洋杉）人工林；與胡宗達(dá)等[26]的研究結(jié)果一致，他們在川西亞高山3種天然次生林中發(fā)現(xiàn)闊葉樹種林分土壤活性有機(jī)碳、氮含量均比針葉樹種林分高。針葉林枯落物中的纖維素和木質(zhì)素含量高于闊葉林（枯落物分解速度表現(xiàn)為：尾巨桉＞濕地松），不同林地樹種可溶性有機(jī)碳、氮大小跟有機(jī)質(zhì)輸入數(shù)量和質(zhì)量以及相關(guān)微生物轉(zhuǎn)換過程有關(guān)，枯落物質(zhì)量和數(shù)量對土壤有機(jī)碳、氮含量及組分的影響較大。尾巨桉林下枯落物分解較快，可以促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)和提高土壤養(yǎng)分狀況。濕地松林下有約15～20 cm厚的枯落物層，分解速度較慢，腐殖化程度差，腐殖質(zhì)層較薄，會影響土壤微生物數(shù)量和活性。在同一氣候和土壤類型背景下，土壤活性碳氮含量、有機(jī)態(tài)碳氮穩(wěn)定性以及生物固氮能力會受到樹種群落結(jié)構(gòu)的影響[25]，造成土壤中DOC、DON含量出現(xiàn)差異，這也就解釋了為什么尾巨桉林地土壤可溶性有機(jī)質(zhì)含量比濕地松林地高。

土壤可溶性有機(jī)碳氮主要來源一般有枯落物分解產(chǎn)物、根系分泌物、死亡根系分解產(chǎn)物以及腐殖質(zhì)土壤等。在本研究中，濕地松林和尾巨桉林去除枯落物或根系后土壤DOC含量均有所下降，2種人工林去除枯落物后DOC含量分別下降了21.5%和37.7%，去除地表枯落物后，會減少土壤有機(jī)質(zhì)輸入和枯落物分解的中間產(chǎn)物，從而導(dǎo)致DOC含量降低。在相同試驗處理下其他森林生態(tài)系統(tǒng)的降幅要小于本研究結(jié)果，去除根系對其影響不明顯。說明枯落物對濱海沙地森林生態(tài)系統(tǒng)地下易變性有機(jī)碳的影響較大，且枯落物的養(yǎng)分歸還在維持森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳循環(huán)中起著重要作用。濕地松林和尾巨桉林去除根系后土壤DON含量均有所升高，其中濕地松人工林表現(xiàn)顯著，這與Paavolainen等[27]在歐洲云杉林中的研究結(jié)果一致，發(fā)現(xiàn)土壤氮循環(huán)過程改變與單萜物質(zhì)（抑制土壤硝化作用）和根系分泌的化感物質(zhì)（抑制土壤氮循環(huán)）有關(guān)，導(dǎo)致去除根系后土壤DON含量增加，另外去除根系后土壤中原本被根系吸收的有效態(tài)氮得以保留也可能是造成這一現(xiàn)象的原因。與Lajtha等[28]在Andrews溫帶森林中的試驗結(jié)果（去除根系后森林土壤DON含量顯著下降）不同，推測根系可能是溫帶森林可溶性有機(jī)氮生產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)者。以上研究結(jié)果說明不同植被類型、氣候以及土壤原有狀態(tài)等都是不同碳輸入處理下土壤活性碳氮含量出現(xiàn)差異的原因。

3.3 不同處理方式對濱海沙地濕地松、尾巨桉人工林土壤MBC、MBN的影響

去除根系或枯落物會減少土壤中微生物數(shù)量、種類，影響微生物活性和改變其群落結(jié)構(gòu)，使土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分有效性發(fā)生改變進(jìn)而影響土壤碳氮循環(huán)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。土壤微生物在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)中起著重要作用，微生物量的細(xì)微變化就會對土壤碳氮庫的有效性產(chǎn)生影響。尾巨桉林中MBC和MBN含量顯著高于濕地松林，與對照相比，枯落物去除使2種人工林MBN含量顯著降低，去除根系后2種人工林MBC和MBN含量下降，這可能是因為去除根系或枯落物會減少真菌和細(xì)菌的總生物量，土壤真菌和細(xì)菌比例降低引起土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生改變，導(dǎo)致土壤MBC和MBN含量下降。這與Saye等[29]在中美洲低地?zé)釒?、Li等[30]在熱帶次生林和加勒比松、Li等[31]在熱帶森林、Feng等[32]在亞熱帶季風(fēng)林的研究結(jié)果（土壤微生物量碳、氮含量降低）一致。與前人研究結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，森林土壤MBC、MBN含量對去除根系和枯落物的響應(yīng)程度不同，改變地上、地下碳輸入對土壤MBC、MBN的影響因樹種而異，還與不同森林生態(tài)系統(tǒng)類型、不同處理時長以及不同季節(jié)等有關(guān)。

3.4 不同處理方式對濱海沙地濕地松、尾巨桉人工林土壤氮組分的影響

在本研究中，2種人工林銨態(tài)氮含量均高于硝態(tài)氮，可能是因為濱海沙地降雨較頻繁，且年降雨量大，使土壤中帶負(fù)電的硝態(tài)氮更易被雨水淋溶流失，硝態(tài)氮還會通過反硝化作用轉(zhuǎn)化成易于揮發(fā)的氣體而損失。去除根系后2種人工林的硝態(tài)氮含量比銨態(tài)氮含量變化明顯，增加了硝態(tài)氮在礦質(zhì)氮中的比重，這與Foster等[33]在Harvard森林中的研究結(jié)果（去除根系處理5 a后土壤凈氮礦化率降低，但硝化速率明顯增高）一致?？赡苁且驗槿コ岛蠼獬烁捣置诜宇愇镔|(zhì)和有機(jī)酸對硝化作用的抑制，促進(jìn)銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，且挖壕溝法會降低碳的可用性，使土壤硝化作用增強(qiáng)。還可能與濕地松和尾巨桉是速生樹種有關(guān)，樹種快速生長對土壤中速效養(yǎng)分吸收較快，導(dǎo)致銨態(tài)氮含量降低。另一方面地下根系是吸收氮的主要器官，植物根系去除后土壤硝態(tài)氮的輸出被阻斷，同時切斷了植物體向土壤傳輸物質(zhì)和能量的通道，導(dǎo)致土壤微生物分泌多酚氧化酶等來加速降解枯落物中難以分解的木質(zhì)素和單寧等有機(jī)物質(zhì)[4]，以彌補(bǔ)根系切斷后減少的碳輸入來維持自身生長，加快轉(zhuǎn)化成礦質(zhì)氮的速度，濕地松林去除根系后土壤礦質(zhì)氮含量明顯高于對照的原因主要是礦質(zhì)氮轉(zhuǎn)化量要大于原本根系輸出的礦質(zhì)氮量。

枯落物去除改變了枯落物層土壤中的有機(jī)碳和養(yǎng)分有效性，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分發(fā)生變化。在本研究中，2種人工林去除枯落物處理對土壤礦質(zhì)氮含量的影響不同，這與不同樹種枯落物的養(yǎng)分元素、分解速率快慢有關(guān)。尾巨桉林去除枯落物處理使銨態(tài)氮和礦質(zhì)氮含量下降，其中，對礦質(zhì)氮的影響達(dá)到顯著水平。尾巨桉枯落物中的木質(zhì)素較少，容易被微生物降解，是土壤礦質(zhì)氮的重要來源，枯落物去除會減少土壤中的異變性有機(jī)質(zhì)（氮來源減少），使土壤微生物的活性下降，降低其對礦化和轉(zhuǎn)化氮的能力，土壤變得貧瘠。其次，枯落物去除后地表直接暴露在光照和雨水下，對土壤溫濕度的影響較大，導(dǎo)致微生物的生存環(huán)境被惡化活性降低。濕地松林去除枯落物后銨態(tài)氮、硝態(tài)氮顯著升高，這可能是因為濕地松枯落物的C/N較高、質(zhì)量較差，分解速度慢，在土壤中形成高C/N的酸性腐殖質(zhì)層會產(chǎn)生抑制硝化作用的物質(zhì)，且濕地松針葉中的單寧、木質(zhì)素等次生代謝產(chǎn)物會抑制土壤微生物生長，使分解速率變慢，以上兩點都會降低土壤硝化和凈氮礦化速率[4]，枯落物去除后解除了對土壤的抑制作用，使土壤中的NH4+-N, NO3--N含量升高。2種人工林去除枯落物后土壤硝態(tài)氮在礦質(zhì)氮中的占比增大，其中在尾巨桉林中表現(xiàn)明顯，說明土壤硝化作用增強(qiáng)?？萋湮锶コ蟊韺油寥劳鉅顩r良好，為硝化作用提供足夠的O2，有利于硝化作用的進(jìn)行。

此外，森林土壤對改變植物根系或枯落物的響應(yīng)存在長期性，控制有機(jī)質(zhì)輸入對土壤DOC、DON、MBC、MBN的影響因處理時間長短而異，一年的觀測對土壤碳氮變化的研究可能不夠深入和全面，還需繼續(xù)觀測以分析長期不同處理對森林土壤碳氮庫產(chǎn)生的影響以及土壤中微生物酶活性的變化，來闡明植物根系和枯落物在短期和長期時間尺度上對土壤碳氮動態(tài)的控制，為更全面地了解全球變化背景下沿海防護(hù)林土壤碳氮庫和碳氮循環(huán)的響應(yīng)機(jī)制提供參考依據(jù)。

4 結(jié) 論

對濱海沙地土壤進(jìn)行為期一年的改變地上、地下碳輸入試驗，分析2種人工林土壤碳氮儲量、DOC、DON、MBC、MBN含量以及氮組分（NO3--N、NH4+-N）含量對去除根系或枯落物處理的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)改變碳輸入會直接或間接影響土壤碳氮庫和碳氮循環(huán)過程，地下根系、地表凋落物、土壤底物和微生物的交互作用及其協(xié)同作用對土壤碳氮循環(huán)及其穩(wěn)定性具有明顯影響，凋落物和根系是植物體影響碳氮周轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。受環(huán)境因素影響濱海地區(qū)人工林生態(tài)系統(tǒng)相比內(nèi)陸森林生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱，在營林過程中要減少人為干擾，保證凋落物的自然歸還和根系的自然生長才能更好地發(fā)揮出森林的生態(tài)價值。本研究以期為更好地評價濱海地區(qū)人工林的穩(wěn)定性及其生態(tài)功能提供理論和數(shù)據(jù)支持。