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土壤养分特别是N的供应是影响林木生长的重要因素。杉木是我国南方主要的速生用材林树种,在缓解木材紧张供应和保护天然林中起到重要作用。但是,由于杉木生长、轮伐期短,消耗养分多,归还凋落物少且不易分解,林地自肥能力差,杉木人工林的土壤养分维持受到广泛重视。影响杉木林土壤养分供应涉及环境、土壤理化性质等诸多因素。本研究在湖南会同选择3个不同年龄的杉木人工林为研究对象,以阔叶林为对照,运用田间原位培养法和室内培养法控制温度和施肥量,探讨不同杉木林土壤净N矿化速率,从而了解土壤养分供应,为杉木林经营、土壤矿化过程模拟和预测提供科学依据。
不同年龄杉木林中,2年杉木林的土壤pH值、容重、含水率、有机碳、总N、全P、NO3--N、砂粒含量最低,全K含量最高。13年杉木林土壤pH值、有机碳、总N、全P、NH4+-N、壤粒含量最高,全K最低。21年杉木林土壤容重、砂粒含量、含水率,NH4+-N最低；壤粒含量、黏粒、NO3--N含量最高。土壤容重、砂粒含量、含水量均随着杉木林年龄的增长呈现递增的趋势,土壤黏粒却随着杉木年份的增长呈现递减趋势。阔叶林的土壤沙粒含量比杉木林高,pH值、容重、土壤壤粒和黏粒含量、全P、全K含量均要比杉木林低,土壤有机碳含量比杉木林高。
四个森林总的净N矿化速率为非生长季节＞生长季节。不同年龄阶段杉木林净N矿化速率不同,在生长季节,土壤净N矿化速率随着林龄的增长而降低；但在非生长季节却随着林龄的增长而增大。作为对照的阔叶林土壤的净N矿化速率在不同季节与杉木林的净N矿化速率大小不同。阔叶林在6月比2年杉木林低,但是比13年杉木林和21年杉木林高；9月比21年杉木林净N矿化速率高,比2年杉木林和13年杉木林净N矿化速率低；12月变化趋势刚好与9月变化相反。
土壤净N矿化速率大小在不同的培养条件下,基本上为阔叶林＜2年杉木林＜13年杉木林＜21年杉木林。只有在增温施肥同时增加的培养条件下,13年杉木林土壤净N矿化速率比21年杉木林大。
田间原位培养,在一定程度上阻隔了植物对土壤中N的吸收以及降雨对土壤中N的冲刷,从而在培养过程中对土壤N矿化速率变化的影响因子为温度、湿度、土壤的理化性质、微生物以及所施肥料。而通过控制将土壤单独置于锥形瓶中培养,控制了温度和土壤水分等实验条件,阻隔了雨水淋溶以及植物根系的吸收,排除了环境因子对N矿化的影响。因此,土壤特征是影响N矿化的主要因为,如土壤的pH、C/N、土壤组成和土壤微生物等。
不论是野外施肥培养还是室内施肥培养,施肥对不同森林土壤净N矿化均产生促进作用,并且促进的变化趋势都相差不大。在室内以16.8℃为对照温度,增温2℃培养后。阔叶林和13年杉木林土壤增温组的净N矿化速率相对对照组有小幅度的提升,而2年杉木林和21年杉木林土壤净N矿化速率却出现小幅度的下降。其因为可能是增温促进微生物活动,而2年杉木林和21年杉木林土壤氮含量不能满足微生物自身需要,导致对养分的过度吸收。从增温和施肥组看出,除21年杉木林外,施肥和增温后其它3种森林类型的土壤净N矿化速率比单施肥组有所提升,说明施肥还不能满足增温后21年杉木林和阔叶林土壤中微生物对土壤氮的需求,从而出现增温和施肥组21年杉木林和阔叶林净N矿化速率比施肥组低。温度促进土壤净N矿化,并与施肥有交互促进作用。