氮沉降對針葉凋落葉分解過程中土壤NO及CO2通量的影響.pdf

1、工業(yè)發(fā)展、化石燃料燃燒、施肥及畜牧業(yè)發(fā)展等使大氣中活性氮含量越來越高，活性氮通過干濕沉降降落到地表。氮沉降大量增加將改變森林土壤氮轉(zhuǎn)化速度及通量。森林土壤硝化過程和反硝化過程都會(huì)產(chǎn)生一氧化氮（NO），氮素以NO形式流失在氮素收支平衡中起著重要作用。土壤NO排放量僅次于化石燃料燃燒。NO具有很強(qiáng)光化學(xué)活性，在大氣中發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，尤其是在對流層臭氧和羥基自由基的光化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用。土壤呼吸作為生物地球化學(xué)循環(huán)重要組成部分，

2、是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)關(guān)鍵過程，是土壤碳素釋放最重要組成部分。不同氣候區(qū)、不同植被類型，土壤呼吸作用對氮沉降響應(yīng)不同。二氧化碳（CO2）能夠吸收地表反射的長波輻射將熱量截留在大氣層中，因此CO2又被稱作溫室氣體，是全球變暖主要驅(qū)動(dòng)力。
　　本研究選取馬尾松（Pinus massoniana）和杉木（Cunninghamia lanceolata）兩種南亞熱帶典型針葉樹種凋落葉和土壤為研究對象進(jìn)行室內(nèi)模擬氮沉降實(shí)驗(yàn)。共設(shè)置兩個(gè)氮水平：

3、分別為不施加氮、施加60 kg N ha-1 a-1硝酸銨；三種不同處理：純土壤處理、馬尾松凋落葉加土壤處理、杉木凋落葉加土壤處理；兩個(gè)不同進(jìn)氣濃度處理：分別為不含NO的零空氣、NO濃度為5 ppb的空氣。在人工氣候箱中恒溫（30℃）、恒濕（最大持水量的60％）培養(yǎng)，采用動(dòng)態(tài)暗箱法測定土壤NO通量，靜態(tài)暗箱法測定土壤CO2通量。研究氮沉降增加條件下，土壤NO及CO2通量隨不同凋落葉分解過程的變化，并探討其影響因素，為進(jìn)一步了解氮沉降對森

4、林土壤NO、CO2排放影響和機(jī)理及其如何引起NO和CO2變化提供基礎(chǔ)。結(jié)果表明：
　?。?）外源加氮條件下土壤理化性質(zhì)隨凋落葉分解變化。隨著凋落物分解，土壤硝態(tài)氮不斷累積，純土壤處理硝態(tài)氮大于添加凋落葉處理；土壤銨態(tài)氮隨凋落物分解先減小后增加再減小，氮水平對銨態(tài)氮影響顯著；土壤pH不斷降低，且添加凋落葉土壤pH大于純土壤處理。土壤有機(jī)質(zhì)隨凋落物分解變化不大，凋落葉處理顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)。土壤pH與銨態(tài)氮具有極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤

5、硝態(tài)氮呈極顯著負(fù)相關(guān)，可能是由于土壤發(fā)生硝化作用，將銨態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮，伴隨H+產(chǎn)生。
　?。?）外源加氮條件下土壤微生物生物量隨凋落葉分解變化。在凋落物分解過程中，土壤微生物生物量碳（MBC）先下降后增加。凋落物分解初期，加氮純土壤處理MBC含量大于未加氮處理，凋落葉分解后期則相反。這說明適量添加氮將提高土壤MBC含量，但當(dāng)?shù)砑映^一定閾值時(shí)，土壤MBC含量迅速降低。不同處理間，純土壤處理MBC含量低于有凋落葉處理。土壤MBC

6、與pH呈顯著正相關(guān)，與硝態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤微生物生物量氮（MBN）整體呈上升趨勢，不同氮水平和不同處理間差異極顯著；MBN與pH、銨態(tài)氮呈極顯著負(fù)相關(guān)，與硝態(tài)氮呈極顯著正相關(guān)。土壤MBC/MBN整體呈下降趨勢，不同氮水平和不同處理間差異極顯著，MBC/MBN與pH、銨態(tài)氮呈極顯著正相關(guān)，與硝態(tài)氮呈極顯著負(fù)相關(guān)。
　?。?）外源加氮條件下土壤NO通量隨凋落葉分解變化。隨著凋落葉分解進(jìn)行，不同處理土壤NO通量均經(jīng)歷先快速增加，后快

7、速減小，最后保持相對穩(wěn)定的趨勢。對于通入零空氣未施加氮純土壤處理、馬尾松凋落葉加土壤處理、杉木凋落葉加土壤處理均在第62天達(dá)到峰值，其值分別為83.56±4.28、42.75±0.83、47.10±14.06 ng N m-2 s-1，加氮處理后峰值提前到第27、40、40天，其釋放速率分別為99.99±12.13、58.22±22.61、46.23±11.60 ng N m-2 s-1；對于通入5 ppb NO標(biāo)氣的三種不同處理，加氮

8、同樣導(dǎo)致峰值提前。在整個(gè)培養(yǎng)期間，純土壤處理、馬尾松凋落葉加土壤處理、杉木凋落葉加土壤處理NO通量平均值分別在32.63~39.69、30.51~33.32、19.68~21.95 ng N m-2 s-1之間。三種不同處理中，杉木凋落葉加土壤處理年累積排放速率顯著小于純土壤及馬尾松凋落葉加土壤處理，意味著杉木凋落葉為NO的匯。在酸性條件下，杉木凋落葉分解能夠通過促進(jìn)土壤反硝化作用將NO還原為N2O，從而有效減小NO產(chǎn)生。大氣NO濃度、

9、氮水平對土壤NO通量無顯著影響。土壤NO通量與MBC/MBN呈極顯著負(fù)相關(guān)，與NO/MBN呈極顯著正相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)硝態(tài)氮累積現(xiàn)象，表明土壤NO產(chǎn)生主要是通過硝化作用，而不是反硝化作用。
　?。?）外源加氮條件下土壤CO2通量隨凋落葉分解變化。凋落葉分解初期，土壤CO2通量較高、碳累積釋放快，分解后期CO2通量趨于穩(wěn)定，通過呼吸碳累積釋放變慢?？赡苁怯捎诘蚵淙~分解初期易降解碳源較多，微生物比較容易利用。此外，隨著氮沉降進(jìn)行土壤逐漸