森林生态系统生物化学循环对于森林生态系统动态和健康具有重要意义(Rodrigo et al ., 2003； 于小军等，2003)，森林生态系统大气降雨、穿透雨和树干茎流的矿质养分动态作为森林生态系统生物化学循环的一部分，受到森林生态研究者的普遍关注(Lindberg et al ., 1986)。氮素是植物必须的营养元素之一，目前全球氮沉降显著增加且对全球生物多样性产生着重要影响(Bobbink et al ., 2010； 鲁显楷等，2008； 宋亮等，2011)。我国已经成为全球三大氮沉降中心之一(Galloway et al ., 2008)，森林生态系统氮素循环研究已经成为我国森林生态学研究的热点领域(樊后保，2000； Fang et al ., 2011a；2011b)。

快速、准确地测定树干茎流各类氮素的含量是森林氮素循环研究的基础。目前，应用于树干茎流各类氮素的测定方法较多。比如，测定树干茎流硝酸盐氮采用了硝酸根电极法(袁玲等，2009)、紫外分光光度法(于小军等，2003； 巩合德等，2005)、酚二磺酸比色法(田大伦等，2002； 闫文德等，2005； 陈书军等，2007)、注射式流动分析仪(刘世荣，1992)、离子色谱法(张西林等，2006)和连续流动分析仪(武秀娟等，2008； 盛文萍等，2010； 徐天乐等，2013)等方法； 测定氨态氮则采用了半微量直接蒸馏法(周国逸等，2001)、靛酚蓝比色法(巩合德等，2005； Guo et al ., 2005)、纳氏试剂比色法(田大伦等，2002； 闫文德等，2005)、离子色谱法(张西林等，2006)和连续流动分析仪(武秀娟等，2008； 盛文萍等，2010； 徐天乐等，2013)等； 测定总氮采用了凯氏定氮法(黄忠良等，1994)和过硫酸钾氧化法(Guo et al ., 2005)等，而有关亚硝酸盐氮的研究则鲜见报道。综合来看，目前测定森林生态系统树干茎流各类氮素的方法存在一些不足。一是已有的研究主要借鉴了地表水或者污水中氮素的测定方法(金银龙等，2006)，但测定方法多样且具体方法描述不详尽，既给其他研究者带来困扰，也导致研究结果间的可比性下降。二是某些方法(比如纳氏试剂法和靛酚蓝比色法)的操作过程较为繁杂，不利于大样本水样的测定，准确性也难以控制。三是离子色谱法和连续流动分析仪等设备较为昂贵，并非所有的实验室都能配备，限制了这些研究仪器的推广。另外，由于树干茎流氮特征(如氮素种类和茎流颜色等)可能与地表水和污水存在差异，因此用于地表水和污水氮特征的测定方法不一定能直接用于树干茎流氮含量测定。目前，国内有关树干茎流氮特征测定方法准确性比较未见报道。因此，探索一种简便、快速、准确测定森林生态系统树干茎流氮特征的方法就显得十分必要。

紫外分光光度法是测定地表水硝酸盐氮含量的重要方法，具有准确性和精确性(金银龙等，2006)。除硝酸盐氮以外，树干茎流中还存在着亚硝酸盐氮、氨态氮和有机氮等氮素，因此，能否将树干茎流中各种氮转化为硝酸盐氮后再用紫外分光光度法测定，是值得深入探讨的问题。研究表明，氨态氮和亚硝酸盐氮和大部分有机氮可以被过硫酸钾氧化为硝酸盐氮(谭怡等，2006)、而高锰酸钾只能将亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮(黄彩海等，1990)，这种氧化能力的差异性为采用紫外分光光度法分步测定这些氮组分的含量奠定理论基础。吕伟仙等(2004)和黄彩海等(1990)已经基于这一理论建立了测定自然雨水和植物样品中总氮、硝酸盐氮、氨态氮和亚硝酸盐氮的方法，为树干茎流中氮特征的测定提供借鉴。本研究遵循不同氧化剂将各类氮组分有区别地氧化为硝酸盐氮、再采用紫外分光光度法测定并计算各氮组分含量的研究思路，在借鉴前人研究成果的基础上，测定了神农架地区8种常见树种树干茎流的总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨态氮，旨在建立一种基于紫外分光度法、能够批量测定森林树干茎流氮特征的新方法。本研究以期为森林氮素循环研究中的氮素测定提供方法参考，并对丰富我国森林生态系统树干茎流的氮特征数据库有实际意义。

神农架林区地处鄂西北(110°03′—110°34′E，31°21′—31°37′N)，年平均气温 11.6 ～12.2 ℃，年降水量 861～1 093.0 mm，降水多集中于夏季，该地区植被以落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林为主(葛继稳等，1997)，土壤类型为山地黄棕壤(张于光等，2014)。水样收集点位于神农架林区红坪镇温水村二组(110°23′E，31°34′N)，在神农架自然保护区西侧约10 km，距离木鱼镇约35 km，海拔为1 750 m。该地点的植被为落叶阔叶-针叶林砍伐后恢复的次生林，乔木直径平均约为15～20 cm。随机选择直径在15～20 cm的锐齿槲栎( Quercus aliena var. acuteserrata )、细花樱桃( Cerasus pusilliflora )、华山松( Pinus arm and ii )、马尾松( Pinus massoniana )、青檀( Pteroceltis tatarinowii )、灯台树( Bothrocaryum controversum )和巴山冷杉( Abies fargesii )各5棵作为取水样树； 川鄂柳( Salix fargesii )为小乔木，故取直径8～15 cm样树5棵，共8个树种。

2014年7—8月，参照巩合德等(2005)的方法收集茎流水样。在距地面1.3～1.5 m的树干处，将直径2 cm的聚乙烯塑料半管沿树干缠绕1周，用铁钉固定、沥青封严。半管下端接直径2 cm、覆盖有纱布的玻璃漏斗，玻璃漏斗的尾端接入1.5 L聚乙烯塑料瓶。水样取回后参照魏复盛等(2002)的方法加入适量浓硫酸( ρ ₂₀ =1.84 mg·L^-1)酸化至pH≤2，置于4 ℃下备用。将每个树种5棵树的树茎流液混合，作为测定样品。

1)紫外分光光度法 参照金银龙等(2006)的方法，用KNO₃配制不同浓度标准溶液在220和275 nm处分别测定吸光值 X ，并计算 X ( X = A ₂₂₀－2 A ₂₇₅)，以吸光值 X 与对应溶液浓度关系建立标准曲线。水样处理参照魏复盛等(2002)按100 mL水样分别加入2，5和10 mL氢氧化铝悬浊液，然后调节pH至中性，沉淀后静置10 min后用中速定量滤纸过滤，弃去20 mL初液备用。每水样5个重复，并参照任成忠等(2006)的方法加入定量KNO₃进行回收测定，3次重复(下同)，其余步骤参照金银龙等(2006)的方法。

2)硝酸根电极法 参照黄彩海等(1990)与赵燮京等(1999)的方法配制缓冲液，采用PNO₃-1-01型电极(上海仪电)及322-01甘汞参比电极(上海雷磁)测定不同浓度KNO₃标准溶液的电位，以电位值与相应浓度关系建立标准曲线。参照黄彩海等(1990)的方法测定各水样的电位值，每水样5个重复。

3)麝香草酚法 测定方法及步骤参照金银龙等(2006)以吸光值与相应浓度标准溶液对应关系建立标准曲线。水样按100 mL加入2 mL氢氧化铝悬浊液并调节pH至中性，沉淀后静置10 min后使用中速定量滤纸过滤，弃去20 mL初液。测定时吸取水样0.8 mL，试样组加入0.2 mL纯水，加标样组加入0.2 mL适量浓度KNO₃溶液； 每水样5个重复。

4)酚二磺酸法 测定方法及步骤参照魏复盛等(2002)以吸光值与相应浓度标准溶液对应关系建立标准曲线。取水样25 mL，调节pH值至碱性，100 ℃水浴蒸干，3 min研磨2次，加标组分别加入适量的KNO₃标准溶液，分别于410 nm处测定其吸光值并计算各测定组硝酸盐氮溶液浓度，每水样5个重复。

5)数据处理 计算各树种树干茎流的硝酸盐氮含量( F )加标回收率和相对标准偏差。

1)水样预处理 参照魏复盛等(2006)的方法对水样进行预处理，按100 mL加入1 mL硫酸锌，然后逐滴加入240 g·L^-1氢氧化钠溶液达最大混凝效果，然后用中速定量滤纸过滤，弃去20 mL初滤液，收集水样备用。

2)亚硝酸盐氮和氨态氮的氧化测定 采用硝酸根电极法使用3次重结晶的过硫酸钾配制0.2 mol·L^-1氧化剂。参照黄彩海等(1990)的方法，取25 mL水样，加入2 mL氧化剂和1.5mL的0.02 mol·L^-1硫酸银，在125 ℃氧化50 min，冷却后加入3 mL 5%的乙醇再置于125 ℃下处理50 min，冷却、定容至50 mL备测。同时在加标样组水样中加入定量的硫酸铵，氧化方法同上。

3)总氮( T )测定 参照黄彩海等(1990)使用硝酸根电极法测定样品和加标样品溶液电位值； 参照魏复盛等(2002)和吴建之等(2000)氧化剂配比，分别测定样品和加标样品的吸光值，并计算 X ( X = A ₂₂₀-2 A ₂₇₅)。每个水样5个重复，每个加标样品3次重复。

4)数据处理 根据2.2建立的标准曲线，计算硝酸根电极法和紫外分光光度法的总氮含量( T )、加标回收率和相对标准偏差。

1)硝酸盐氮-亚硝酸盐氮合量( B ) 参照黄彩海等(1990)的方法，取2.3.1预处理水样25 mL，加0.05 mol·L^-1 H₂SO₄1 mL，逐滴加入1%的KMnO₄至10 min不褪色，再逐滴加1 % H₂O₂至颜色快褪时改用0.1%～0.5 % H₂O₂滴至刚好褪色； 采用亚硝酸钠进行加标回收，氧化方法同上。采用紫外分光度法测定水样和加标回收样品的吸光值并计算 X = A ₂₂₀－2 A ₂₇₅

2)数据处理 按照2.2建立的标准曲线，计算硝酸盐氮与亚硝酸盐氮合量( B )、加标回收率和相对标准偏差。亚硝酸盐氮含量为 B － F ， F 为硝酸盐氮含量， B 为硝酸盐氮与亚硝酸盐氮合量。

1)氨态氮测定 采用纳氏试剂法(金银龙等，2006)测定氨态氮。参照王婷等(2008)的方法配制纳氏试剂，参照金银龙等(2006)的方法建立标准曲线。取2.3.1预处理水样，样品测定时以预处理水样为参比，每水样5个重复； 以硫酸铵进行加标回收，每水样3次重复。最后计算溶液的氨态氮含量、加标回收率和相对标准偏差。

2)氨态氮含量的计算 氨态氮为 T-B，T 为总氮， B 为硝酸盐氮与亚硝酸盐氮合量。

测定茎流硝酸盐氮时，紫外分光光度法比其他3种方法更有优势(表 1)。紫外分光光度法标准曲线为 Y =0.248 74 X - 0.000 45(mg N·L^-1)， R =0.999 54，线性范围为0～7 mg·L^-1； 经10 mL氢氧化铝预处理的水样，硝酸盐氮平均回收率为106.19%，相对标准偏差3.0%，满足精度要求。硝酸根电极法的标准曲线为 Y =－54.225 0 lg X +247.435 2(mg N·L^-1)， R =0.999 08，线性范围为0～7 mg·L^-1，同时氢氧化铝加入量对不同树种的硝酸盐氮测定的回收率和稳定性影响显著。麝香草酚法的标准曲线为 Y =33.659 64 X +0.004 25(mg N·L^-1)， R =0.999 81，线性范围0～10 mg·L^-1；水样加入2 mL氢氧化铝预处理后测定树干茎流的硝酸盐氮回收率达到107.44%±9.26%，相对标准偏差也仅为4.0%，说明麝香草酚法测定茎流的硝酸盐氮具有准确性和精确性，但是麝香草酚法试验操作较为繁琐，适用性低于紫外分光光度法。酚二磺酸法的标准曲线为 Y =431.952 69 X +0.002 1(mg N·L^-1)， R =0.999 98，最低检测限为0.02～2.0 mg·L^-1； 加入2 mL氢氧化铝预处理后测定树干茎流硝酸盐氮的回收率仅为43.62%，相对偏差达到12.0%，说明该法用于树干茎流硝酸盐氮时需仔细优化试验条件。

表1 紫外分光光度法、硝酸根电极法、酚二磺酸法及麝香草酚法测定8种树干茎流硝酸盐氮（ F ）的回收率及相对偏差 Tab.1 Accuracy and precision of UV spectrophotometry, nitrate electrode, phenol disulfonic acid and thymol in determining stemflow nitrate of 8 tree spevies

表 1紫外分光光度法、硝酸根电极法、酚二磺酸法及麝香草酚法测定8种树干茎流硝酸盐氮（ F ）的回收率及相对偏差 Tab.1Accuracy and precision of UV spectrophotometry, nitrate electrode, phenol disulfonic acid and thymol in determining stemflow nitrate of 8 tree spevies

在测定树干茎流的的总氮( T )时紫外分光光度法比硝酸根电极法有优势(表 2)。其中，紫外分光光度法测定总氮( T )平均回收率为94.62%±2.19%，相对标准偏差为2.0%，说明紫外分光光度法不仅适用于所有树种，而且稳定性较好。硝酸根电极法测定8个树种总氮( T )的平均回收率为98.93%±37.64%，说明部分树种不适宜用该方法； 相对标准偏差也达到7.0%，说明该方法的稳定性较差。

表2 紫外分光光度法和硝酸根电极法测定8种树干茎流总氮( T )的回收率和相对标准偏差 Tab.2 Accuracy and precision of UV spectrophotometry，nitrate electrode in determining stemflow total nitrogen( T )of 8 tree species

表 2紫外分光光度法和硝酸根电极法测定8种树干茎流总氮( T )的回收率和相对标准偏差 Tab.2 Accuracy and precision of UV spectrophotometry，nitrate electrode in determining stemflow total nitrogen( T )of 8 tree species 树种 Tree species 紫外分光光度法UV spectrophotometer 硝酸根电极法Nitrate electrode 总氮Total nitrogen/(mg·L-1) 回收率 Recovery rate(%) 总氮Total nitrogen/(mg·L-1) 回收率 Recovery rate(%) 川鄂柳 Salix fargesii 0.33±0.01 94.89±0.71 2.58±0.62 157.47±9.38 锐齿槲栎 Quercus aliena var. acuteserrata 0.46±0.00 99.00±2.14 2.46±0.29 99.98±4.14 细花樱桃 Cerasus pusilliflora 0.53±0.01 94.98±1.01 1.71±0.06 83.37±3.82 华山松 Pinus arm and ii 0.40±0.00 95.99±2.58 2.74±0.15 119.06±6.04 青檀 Pteroceltis tatarinowii 0.29±0.01 93.03±1.05 1.94±0.04 147.08±7.27 马尾松 Pinus massoniana 0.359±0.00 97.65±2.10 1.65±0.06 69.58±1.86 灯台树 Bothrocaryum controversum 0.37±0.01 90.12±1.16 1.53±0.06 74.64±2.78 巴山冷杉 Abies fargesii 1.67±0.03 92.79±2.77 2.91±0.06 63.52±4.57 平均相对标准偏差Average relative deviation 0.02 — 0.07 — 平均回收率Average recovery rate — 94.62±2.19 — 98.93±37.64

测定树干茎流氨态氮时紫外分光光度法与纳氏试剂法同样有效(表 3)。其中，紫外分光度法时总氮( T )的回收率为99.85%±2.03%，相对标准偏差为1%； 硝酸盐氮与亚硝酸盐氮合量( B )回收率为100.97%±2.85%，相对标准偏差为4.0%； 硝酸盐氮( F )回收率为100.93%±1.9%，相对标准偏差为3.0%。计算得出的氨态氮相对标准偏差为3.0%，亚硝酸盐氮相对标准偏差为4.0%，说明基于紫外分光光度法的分步氧化测定方法具有较高的测定精度。而纳氏试剂法测定氨态氮的标准曲线为 Y =0.182 99 X +0.016 3(mg N·L^-1)， R =0.999 94，线性范围为0.025～2.0 mg N·L^-1氨态氮回收率为97.61%±6.23%，相对标准偏差为5.0%，说明纳氏试剂法测定树干茎流氨态氮也具有通用性和精确性。上述结果说明，以紫外分光光度法为基础测定总氮( T )、硝酸盐氮( F )、硝酸盐氮-亚硝酸盐氮合量( B )，再计算氨态氮与亚硝酸盐氮含量的方法可行。

表3 纳氏试剂法与紫外分光光度法测定氨态氮的比较 Tab.3 Comparison of ammonia determined bynessler’s reagent colorimetry and UV spectrophotometry

表 3纳氏试剂法与紫外分光光度法测定氨态氮的比较 Tab.3Comparison of ammonia determined bynessler’s reagent colorimetry and UV spectrophotometry 测定方法 Determination method 项目 Project 树种名Species 相对偏差 Relative deviation (%) 平均回收率 Average recovery rate(%) 川鄂柳 Salix fargesii 锐齿槲栎 Quercus aliena var. acuteserrata 细花樱桃 Cerasus pusilliflora 华山松 Pinus armandii 纳氏试剂法 Nessler’s reagent colorimetry 氨态氮Ammonia nitrogen(mg·L-1) 0.32±0.02 0.27±0.01 0.26±0.02 0.41±0.01 5.0 97.61±6.23 回收率recovery rate(%) 96.65±5.47 105.67±0.00 96.65±4.47 91.49±1.82 紫外分光光度法UV spectrophotometer 总氮Total nitrogen/(mg·L-1) 0.33±0.005 0.46±0.000 0.53±0.010 0.40±0.002 1.0 99.85±2.03 回收率 Recovery rate(%) 99.34±1.52 98.02±0.70 99.52±0.61 102.52±1.78 硝酸盐氮与亚硝酸盐氮之和Nitrate Nitrite nitrogen and nitrite nitrogen/(mg·L-1) 0.12±0.01 0.29±0.01 0.21±0.00 0.19±0.01 4.0 100.97±2.85 回收率 recovery rate(%) 98.95±2.67 101.98±0.81 102.55±1.62 100.83±1.62 硝酸盐氮Nitrate nitrogen/(mg·L-1) 0.06±0.004 0.14±0.002 0.07±0.002 0.13±0.002 3.0 100.93±1.90 回收率Recovery rate(%) 99.43±0.29 101.51±2.61 100.91±2.05 101.85±1.88 氨态氮Ammonia nitrogen/(mg·L-1) 0.21±0.007 0.17±0.006 0.31±0.004 0.21±0.007 3.0 亚硝酸盐氮Nitrite nitrogen/(mg·L-1) 0.06±0.003 0.15±0.003 0.14±0.004 0.06±0.005 4.0

紫外分光光度法及其改进的双波长紫外分光光度法测定洁净水体的硝酸盐氮具有较高的准确度和精密度(王曼等，2011； 唐次来等，2008)。于小军等(2003)、巩合德等(2005)应用紫外分光光度法测定了部分树种的树干茎流硝酸盐氮含量，但并未报道其测定的准确度和精密度。本研究采用双波长紫外分光光度法测定了8个树种树干茎流的硝酸盐氮，其准确度(93.09%～115.16%)和精密度(3.0%)与洁净水体相当，说明该方法具有准确性和树种通用性。另外3种方法中，麝香草酚分光光度法测定生活饮用水硝酸盐氮的测定准确性和精密度均较高，但容易受到亚硝酸盐和氯离子的干扰(孙仕萍等，2007)，且应用于树干茎流测定的研究尚未见报道； 本研究发现该法虽然能够较准确地测定部分树种树干茎流的硝酸盐氮，但是却不适用于华山松，说明其应用受到树种局限； 同时麝香草酚分光光度法操作过程较繁杂(王瑞英等，1999)，建议在使用该法时应针对树种特性优化试验条件。酚二磺酸法曾经广泛用于地下水(王靖飞等，1993)和森林氮循环(田大伦等，2002； 闫文德等，2005； 陈书军等，2007)的研究，但本研究发现该法测定树干茎流的准确度(平均回收率为43.62%)和精密度(12%)均较低。这可能是由于酚二磺酸法的显色反应和过程较为复杂(陆萍等，1996)，易受到显色剂制备、硝化条件、取样量等的影响(许智等，2006)，在2001版《生活饮用水卫生规范》中就已废除了该法。因此，应用此法测定树干茎流硝酸盐氮时需分树种摸索测定条件，以保证测定准确度和精密度。硝酸根电极法曾用于自然雨水硝酸盐氮测定(黄彩海等，1990； 赵燮京等，1999)，本研究中该方法测定部分树种的准确度(92.48%～107.72%)和精密度(0～8.74%)尚可，其主要优点是设备投入较少，其缺点的是树种通用性不强，测定一个稳定的电位值需5～10 min、清洗电极的时间则更长，因此不能应用于大量样品的测定。

总氮是指水体中氨态氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和各种有机态氮的总和(郭姿珠等，2007)，一般采用碱性过硫酸钾将它们氧化为硝酸盐氮再采用紫外分光光度法(周建斌等，1998； 吴建之等，2000； 杨绒等，2005)测定，也可使用碱性过硫酸钾将其氧化后用酚二磺酸法进行测定(郭姿珠等，2007)。在控制空白对照的前提下，紫外分光光度法的测定测定地表水总氮准确性可以达到96.1%～100%(杨绒等，2005)，Guo 等(2005)也应用此法研究了我国亚热带地区森林树干茎流的总氮。本研究中8个树种的平均回收率达到94.62%±2.19%，相对标准偏差为2.0%，与杨绒等(2005)和周建斌等(1998)的报道较为接近，同时测定的全氮值也与亚热带的杉木( Cunninghamia lanceolata )幼林(田大伦等，2002)、樟 ( Cinnamomum camphora )等树种的硝酸盐氮和氨态氮之和(闫文德等，2005)较为接近，说明该方法能满足测定树干茎流全氮含量的要求。

采用分步氧化间接测定的氨态氮和亚硝酸盐氮能够满足精度要求。在我国有关树干茎流氨态氮的研究中，纳氏试剂法(田大伦等，2002； 闫文德等，2005)和靛酚蓝比色法(巩合德等，2005； Guo et al ., 2005)应用较多。纳氏试剂法是测定工业废水、生活饮用水、地下水氨态氮含量测定的标准方法，回收率为94%～104%(HJ 535-2009)，本研究中纳氏试剂法测定的树干茎流氨态氮回收率和相对偏差与HJ 535-2009方法接近，说明该方法确能用于树干茎流的氨态氮研究。本研究中的氨态氮是间接测定的，在总氮( T )、硝酸盐氮( F )和硝酸盐氮-亚硝酸盐氮合量保证测定精度的前提下，可准确计算氨态，氮和亚硝酸盐氮含量。与纳氏试剂法相比，本研究的测定方法具有一定优势，一是测定过程较简单、经济，而纳氏试剂法对试验试剂、实验室环境、纳氏试剂配制、显色温度和时间等要求均很高(肖勇强，2004； 王文雷，2009； 傅娇凤等，2013)，二是能够测定树干茎流的亚硝酸盐氮含量。

本研究发现，采用双波长紫外分光度法能够准确测定树干茎流的硝酸盐氮。以此为基础，用碱性过硫酸钾将树干茎流中的氨态氮和亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮，再采用双波长紫外分光度法可以准确测定其总氮含量； 采用高锰酸钾氧化法将树干茎流中的亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮后，再采用紫外分光度法可以准确测定其硝酸盐与亚硝酸盐含量； 最后计算出的亚硝酸盐和铵态氮含量具有准确性。在我国紫外分光光度计已经较为普及的情况下，本研究方法具有准确性高、通用性强、效率高、操作简单的明显优势。