氮沉降对杉木人工林土壤有机质含量及纤维素酶活性的影响

【摘要】： 全球碳循环深刻的受到人类社会的干扰和破坏,严重危险到人类自身的安全,因此越来越受到科学家的广泛关注。森林是陆地生态系统的主体,蕴藏着陆地碳库总量的46.3%,森林植被所维持的碳库占到陆地植被碳库的比例高达77.0%,因此森林碳库的变化循环是全球最主要的碳循环,对于维护全球生态安全,进而维护人类社会的可持续发展具有十分重要的作用。随着人类社会的发展,不断增长的氮沉降量及其持续的时间导致其对全球碳循环的负面作用越来越大,受到了国际社会的关注。研究氮沉降对森林生态系统林下植被碳库、土壤有机质含量及其土壤纤维素酶活性的影响,既可以弥补我国该研究领域的不足,还可以为人们进一步了解全球变化打下研究基础。本文对福建省三明市沙县官庄林场白沙工区一片立地条件相似13年生杉木人工人进行模拟氮沉降,氮沉降水平分为四个水平,分别记为：NO(对照,0kg.N.hm-2.a-1)、N1(60kg.N.hm-2.a-’)、N2(120 kg.N.hm-2.a-1)、N3(240 kg.N.hm-2.a-1),每个水平重复三次,试验进行的第5年后,分别对森林植被碳库、土壤有机质含量及其土壤纤维素酶活性的进行调查测定,研究结果如下： 1.氮沉降对森林土壤有机质含量的影响 杉木人工林经过5年的模拟氮沉降处理后,森林土壤有机质含量的高低顺序为：N2N1NON3,与对照NO相比,N1处理样地土壤有机质含量提高了7.08%, N2处理样地土壤有机质含量提高了21.84%,N3处理样地土壤有机质含量降低了4.21%。经过方差分析,N1、N3处理样地的有机质含量与NO差异不明显,N2处理样地土壤有机质含与NO有较显著差异, N1、N2处理提高了土壤的有机质含量,而N3处理降低了土壤有机质含量。 2.氮沉降对森林土壤纤维素酶活性的影响 杉木人工林经过5年的模拟氮沉降处理后,与对照NO相比,N1处理的样地滤纸酶活性降低了14.43%, N2滤纸酶活性降低了16.46%,N3滤纸酶活性提高了2.03%。经过方差分析,N1、N2处理样地的滤纸酶活性与NO有较大差异,N3处理样地的滤纸酶活性与NO差异不大；与对照NO对比,N1处理样地C1酶活性提高了131.25%,N2处理样地C1酶活性提高了265.5%,N3处理的样地的C1酶活性提高了131.25%。经过方差分析, N1、N2、N3处理地的C1酶活性均有显著提高,其中N2处理样地与对照N0差异最显著。 3.森林土壤有机质含量与纤维素酶活性的回归相关性分析 土壤有机质含量与土壤滤纸酶活性具有较大的负相关关系,结果表明,土壤滤纸酶活性越高,土壤有机质含量就越低。这可能的原因是,滤纸酶活性高,有助于大小不一的纤维分子的降解及溶解,从而造成土壤有机质的流失。 土壤有机质含量与土壤C1酶活性具有一定程度的正相关关系,结果表明,土壤C1酶活性越高,土壤有机质含量就越高。这可能的原因是,C1酶活性高,有助于难降解的纤维素分解成大小不一的纤维分子并吸附在土壤颗粒,从而造成土壤有机质的提高。 4.氮沉降对森林林下植被碳库的影响 5年的模拟氮沉降试验对林下植被碳库的影响如下：各处理样地林下草本植物的碳储量在0.16t/hm2到0.33t/hm2之间,N0、N1、N2和N3处理林分林下草本植物碳储量分别为0.327、0.255、0.191和0.160t/hm2,显然氮沉降水平越高,所处理林分林下草本植物碳储量就越少,N1、N2和N3处理林分林下草本植物碳储量分别比对照处理降低了0.072、0.136和0.167t/hm2；各处理林分林下灌木的碳储量在0.35t/hm2到0.70t/hm2之间,多于林下草本植物的碳储量。N0、N1、N2和N3处理林分林下灌木碳储量分别为0.694、0.602、0.458和0.380/hm2,显然氮沉降水平越高,所处理林分林下灌木碳储量就越少,N1、N2和N3处理林分林下灌木碳储量分别比对照处理降低了0.092、0.237和0.314t/hm2。氮沉降对林下草本植物的碳储量影响(降低作用)程度比灌木层更为显著。