模擬氮沉降對瓦屋山次生常綠闊葉林地下碳循環(huán)過程和土壤生化特性的影響.pdf

1、大氣氮沉降(Nitrogen deposition)是指人類活動所產(chǎn)生的活性氮(Reactive N)進(jìn)入大氣后，通過降水等一系列途徑從大氣中又沉降回到陸地或海洋生態(tài)系統(tǒng)的過程，是N素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。由于全球農(nóng)業(yè)和工業(yè)的快速發(fā)展及全球人口膨脹，人類活動排放到大氣中的活性N迅速增加，導(dǎo)致了全球大氣N沉降急劇增加，并對各種生態(tài)系統(tǒng)過程和特征產(chǎn)生了影響。近年來，由于人類需求的不斷增加，我國大部分地區(qū)原始常綠闊葉林受到嚴(yán)重破壞，取而代之的是不斷

2、增加的次生林，且大面積的次生林已成為我國森林資源的主體。在全球尺度上來說，次生林是一個重要的碳(C)匯，并受到N沉降增加的影響。為揭示大氣N沉降增加對亞熱帶次生常綠闊葉林地下碳循環(huán)過程和土壤生化特性的影響方式和作用機(jī)制，為更加深入地理解大氣N沉降增加對次生林碳收支和土壤養(yǎng)分的潛在影響提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐，從2013年4月開始，在瓦屋山次生常綠闊葉林內(nèi)開展模擬N沉降試驗(yàn)，設(shè)置3個N沉降水平:對照(CK，0 kg N hm-2 a-1)、

3、低N(LN，50 kgNhm-2 a-1)和高N(HN，150 kg N hm-2 a-1)，研究了該次生常綠闊葉林地下碳循環(huán)過程和土壤生化特性對N沉降增加的響應(yīng)。得出以下主要研究結(jié)果:
　　1、該次生林土壤呼吸速率具有明顯的季節(jié)變化，表現(xiàn)為1月份最低(0.48±0.03μmolCO2·m-2· s-1)，7月份最高（3.32±0.30μmol CO2·m-2·s-1），年均土壤碳排放量為610.0±60.7 gC·m-2·a-1

4、。土壤呼吸與土壤溫度極顯著正指數(shù)相關(guān)(P＜0.001，R2=0.783)，與土壤濕度顯著負(fù)相關(guān)(P=0.016，R2=0.080)?；跍囟鹊耐寥篮粑鼫囟让舾邢禂?shù)Q10值為3.06±0.26。N沉降顯著抑制了該次生林的土壤呼吸速率，提高其Q10值。高濃度N沉降處理下該次生林土壤CO2排放顯著降低了36.6％，而Q10值增加13.4％。
　　2、分解2a后，對照樣方硬殼柯和華木荷兩個樹種凋落葉的質(zhì)量殘留率分別為41.1％和38.7％

5、，二者的分解系數(shù)k分別為0.43±0.04和0.41±0.03，HN處理下硬殼柯和華木荷分解系數(shù)k分別下降12.8％和19.8％。模擬N沉降抑制了硬殼柯和華木荷凋落葉木質(zhì)素的降解，而促進(jìn)纖維素分解。兩種凋落葉C、N、P、K、Mg和Mn元素在分解過程中基本表現(xiàn)為凈釋放，Ca元素分解前期有所富集，之后為凈釋放。分解2a后，硬殼柯凋落葉C、N、P、K、Ca、Mg和Mn元素殘留率分別為34.5％、44.6％、67.1％、61.1％、16.7％、

6、9.9％和25.0％，N沉降在一定程度上抑制了其C、N、K的釋放，促進(jìn)Mg和Mn釋放，對P和Ca釋放的影響較小;華木荷凋落葉C、N、P、K、Ca、Mg和Mn元素殘留率分別為34.5％、37.7％、77.2％、45.9％、18.2％、6.3％和19.7％，N沉降在一定程度上抑制了其C、N、K的釋放，促進(jìn)Mn釋放，對P、Ca和Mg釋放的影響較小。
　　3、扁刺栲在0-10 cm土層＜2 mm和＞2 mm的根系生物量分別為1305.9±

7、137.1 g·m-3和2222.0±321.7 g·m-3，隨N沉降的增加呈降低趨勢，HN處理下＜2mm和＞2mm的根系生物量分別下降19.7％和37.4％。扁刺栲根系的根長密度、根系表面積和根系體積均隨土層深度的增加而下降。HN處理下0-15 cm土層扁刺栲的根長密度、根系表面積和根系體積分別增加10.1％、8.4％和13.3％，15-30 cm土層分別增加11.9％、44.6％和58.3％，而N沉降對30-45 cm土層根系形態(tài)的

8、影響較小。
　　4、該次生林有機(jī)質(zhì)層土壤總有機(jī)碳(TOC)、可溶性有機(jī)碳(DOC)、全氮(TN)、可溶性有機(jī)氮(DON)、微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量分別為107.06±6.63、0.84±0.08、5.93±0.36、0.10±0.01、5.40±0.97和0.23±0.01 g·kg-1，硝態(tài)氮(NO3-N)、銨態(tài)氮(NH4+-N)、有效磷(AP)和速效鉀(AK)含量分別為31.67±4.29、20.

9、41±4.00、2.04±0.07和142.16±8.70 mg·kg-1。N沉降處理總體上增加了該次生林有機(jī)質(zhì)層土壤TOC、DOC、TN、DON、NO3--N、NH4+-N和AP含量，降低了土壤MBC和MBN含量，對土壤AK含量的影響較小。該次生林有機(jī)質(zhì)層土壤的pH和C/N分別為3.91±0.01和18.29±0.24，N沉降顯著降低了土壤pH值，對土壤C/N無影響。
　　5、該次生林土壤脲酶、硝酸還原酶、蛋白酶、蔗糖酶和酸性磷

10、酸酶活性分別為2.97±0.20、0.68±0.04、1.04±0.04、14.24±0.81和3.85±0.26μmol·g-1·h-1，HN處理下土壤蛋白酶和酸性磷酸酶活性分別增加20.2％和17.8％，脲酶和蔗糖酶變化較小(＜7％)，LN處理土壤硝酸還原酶活性顯著降低13.6％，而HN處理的影響不顯著。
　　上述研究結(jié)果表明，N沉降通過抑制木質(zhì)素的降解，在一定程度上抑制了該次生林凋落葉的分解;通過影響植物向根系的C分配而降低