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模拟氮沉降对暖温带油松林土壤碳循环过程的影响

汪金松  
【摘要】:我国已成为全球三大N沉降区之一。日益增加的N沉降能否增加森林土壤C吸存以及N沉降驱动下的森林土壤C吸存潜力有多大,目前科学界仍存在很大的争论。油松(Pinus tabulaeformis)是我国特有树种,研究N沉降对油松林土壤C循环过程的影响既可以填补我国有关N沉降对暖温带森林生态系统研究的空白,又可为该地区进一步开展N沉降以及全球变化研究打下基础。 本文通过原位模拟N沉降方法,N沉降水平分为NO(0kg N·hm-2·a-1)、N1(50kg N·hm-2·a-1)、N2(100kg N·hm-2·a-1)和N3(150kg N-hm·a-1),对比分析了油松人工林和天然林土壤C循环关键过程对模拟N沉降的响应过程和机制。主要研究结果如下: (1)N沉降对人工林土壤微生物量无显著影响,而显著降低了天然林表层土壤微生物量。不同凋落物处理显著影响过氧化氢酶、纤维素酶、脲酶和蔗糖酶活性,对照样方土壤酶活性显著高于去凋切根或去凋样方的土壤酶活性。N1水平表现为促进上壤过氧化氢酶活性,而N2和N3水平表现出抑制效应;N沉降抑制了多酚氧化酶、过氧化物酶和蔗糖酶活性,而对纤维素酶、脲酶和磷酸酶影响并不显著。 (2)N沉降显著促进了人工林针叶分解,抑制了天然林辽东栎阔叶分解,促进了天然林针叶早期分解,抑制其后期分解,分解12个月时,N沉降促进油松-辽东栎混合叶分解,随后对混合叶分解无显著影响。凋落物中K元素在整个分解过程中为释放模式,其他各元素均有不同程度的富集。在前期营养控制阶段,凋落物养分释放速度较快,而在分解后期木质素等难降解物质的积累导致凋落物释放养分速度变慢。 (3)凋落物处理显著影响土壤呼吸速率,去凋切根和去凋样方上壤呼吸速率显著低于对照样方。人工林和天然林去凋切根样方,N沉降均降低了土壤呼吸速率,但不同N水平间无显著差异;去凋样方,N沉降均促进了土壤呼吸,且人工林土壤呼吸速率随N沉降量增加而增加,而天然林N2水平土壤呼吸速率最大;对照样方,N沉降亦促进了土壤呼吸。对照样方土壤呼吸温度敏感性Q10显著高于去凋切根和去凋样方且N沉降降低了人工林和天然林土壤呼吸的温度敏感性。 (4)N沉降引起上壤各层有机C含量的减少,表层土壤(0-20cm)有机C下降幅度大于深层土壤(20-40cm,40-60cm)且有机C含量下降幅度随N沉降增加而增大。N沉降显著增加了人工林表层土壤全N含量,但对天然林表层土壤全N含量影响并不明显。 N沉降通过促进油松林土壤呼吸,减小了整个生态系统土壤C贮存。未来持续N沉降背景下,油松林生态系统土壤C库对N沉降的响应值得进一步深入研究。


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