施氮對樟樹人工林土壤呼吸的影響.pdf

1、工業(yè)革命以來，氮肥施用、燃料消耗及生物質(zhì)燃燒等人類活動導致了活性氮的大量排放，引起通過大氣干、濕沉降途徑至陸地生態(tài)系統(tǒng)氮輸入的顯著增加。20世紀以來，人類活動在全球范圍引發(fā)的陸地生態(tài)系統(tǒng)的氮輸入增加了3～5倍，嚴重影響到全球氮循環(huán)。然而更嚴峻的現(xiàn)實是在未來長時間內(nèi)，人類活動引起的活性氮排放將繼續(xù)增加，對全球碳循環(huán)過程產(chǎn)生重要影響。我國華南亞熱帶地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的大氣氮輸入量處于極高水平，因此對高氮輸入背景下亞熱帶森林土壤呼吸等碳循環(huán)過程

2、的研究顯得十分迫切。樟樹是我國亞熱帶地區(qū)典型常綠闊葉樹種，在我國南方地區(qū)分布廣泛。本研究通過定位施氮試驗方法，設置對照（CK，不施氮）、低氮(LN，50kgN·hm-2·yr-1)、中氮(MN，150kgN·hm-2·yr-1)、高氮（HN，300kgN·hm-2·yr-1）4種施氮水平樣地，研究了亞熱帶樟樹人工林的土壤呼吸及其控制因素的響應特征。主要結(jié)果如下:
　　 (1)對照及施氮處理樣地總凋落物及各組分的月凋落量均存在明顯

3、的季節(jié)變化，施氮未改變凋落物量的季節(jié)動態(tài)，但可顯著改變凋落物的月凋落量。施氮處理樣地中，樟樹林總凋落物的年凋落量均小于對照處理，其中低、中濃度施氮顯著抑制了凋落物產(chǎn)量。各施氮處理的凋落枝分解殘留率均低于對照，差異均不顯著，表明施氮處理對樟樹林凋落枝的分解存在一定程度的抑制作用。隨著施氮水平的增加，凋落葉的分解殘留率逐漸減小，但各施氮水平凋落葉的殘留率無顯著差異，表明施氮在一定程度抑制了樟樹林凋落葉的分解。施氮處理可明顯的刺激樟樹林凋落枝

4、中氮含量的增大，但對碳含量影響不大。低、中水平施氮處理可顯著促進凋落葉中的氮含量，但高氮表現(xiàn)出輕微抑制作用。施氮對凋落葉中碳含量的影響表現(xiàn)與氮含量相似，但各處理間無顯著差異。施氮可顯著抑制凋落物枝中的C/N，但對凋落物葉影響不大。施氮處理通過改變凋落物量和凋落物中的元素含量影響了其元素歸還量，其中，施氮降低了碳的歸還量，增加了氮的歸還量。
　　 (2)施氮初期表現(xiàn)出對土壤微生物生物量碳(Soilmicrobialbiomassc

5、arbon，SMBC)的抑制作用，此時抑制作用還僅體現(xiàn)在低氮水平，中氮水平抑制作用輕微，但隨后施氮均表現(xiàn)出對樟樹林SMBC明顯的抑制作用。施氮處理的土壤微生物量氮(Soilmicrobialbiomassnitrogen，SMBN)含量較對照處理均有顯著升高，但第2年的施氮處理對SMBN的抑制較第1年顯著降低。施氮處理會顯著抑制樟樹林土壤微生物生物量碳氮比。低、中水平的施氮會增加土壤微生物的多樣性。施氮樣地細根生物量均低于對照樣地，但差

6、異不顯著。
　　 (3)施氮顯著減少了樟樹林土壤中銨態(tài)氮的含量，高氮水平處理中土壤銨態(tài)氮含量一般高于低氮、中氮水平處理，隨著施氮量的增加，銨態(tài)氮的含量會隨之增加。施氮顯著增加了樟樹林土壤中硝態(tài)氮的含量，且施氮水平的增加土壤硝態(tài)氮的含量也隨之增加。施氮處理后，樟樹林的土壤有效氮含量存在減少的趨勢。施氮處理可以在年度水平上增加樟樹林土壤硝化速率和氨化速率，且增加幅度隨施氮水平的升高而增大。各施氮水平下，添加、去除凋落物均能促進土壤中

7、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有效氮的含量，且促進作用隨施氮水平的升高而增大。在各施氮水平，添加凋落物處理土壤銨態(tài)氮均高于去除凋落物處理。
　　 (4)樟樹林土壤呼吸存在明顯的季節(jié)變化特征，表現(xiàn)為夏季高、冬季低，施氮樣地土壤呼吸季節(jié)動態(tài)與對照樣地相似。施氮處理會顯著抑制土壤呼吸，樟樹林CO2的年釋放量為4.09×104kg·hm-2。LN、MN、HN處理的土壤呼吸年累積量為2.55×104kg·hm-2、2.84×104kg·hm-2和2.5

8、0×104kg·hm-2，分別較對照處理降低37.66％、30.62％和38.95％，各施氮處理的土壤呼吸年累積量無顯著差異。通過2個生長季的對比可知施氮對土壤呼吸的抑制作用呈減弱趨勢。土壤溫度表現(xiàn)出明顯的季節(jié)動態(tài)，施氮樣地間5cm處土壤溫度無顯著差異。土壤濕度變化主要由降雨所主導，其主要波動由降雨引起。土壤呼吸和5cm處土壤溫度間存在顯著性指數(shù)關(guān)系，5cm處土壤溫度解釋了土壤呼吸速率的49.39％～51.98％。土壤濕度對土壤呼吸未產(chǎn)

9、生明顯的影響。低、高濃度施氮對土壤Q10值影響不大，但中氮處理顯著抑制了土壤呼吸Q10值。
　　 (5)去除、添加凋落物處理的土壤溫度存在顯著的季節(jié)性變化，凋落物處理對土壤溫度無顯著影響。在各施氮水平，添加凋落物均增加土壤濕度，去除凋落物降低土壤濕度，隨施氮水平升高，土壤濕度呈增大趨勢。凋落物處理的土壤呼吸均存在顯著的季節(jié)動態(tài)。添加凋落物處理后，土壤呼吸速率依然受到施氮的抑制作用，但這種抑制作用隨施氮水平的增加而減小。自然狀態(tài)下

10、去除凋落物處理會顯著降低土壤呼吸速率，但施氮處理中則會促進土壤呼吸作用，促進作用隨施氮梯度的升高而增大。添加、去除凋落物處理所引起的土壤呼吸差異主要體現(xiàn)在植物生長旺盛期，此時施氮下3種凋落物處理間土壤呼吸差異顯著。去除凋落物、加倍凋落物處理的土壤呼吸速率與5cm土壤溫度間存在顯著相關(guān)性，土壤溫度可解釋土壤呼吸變異的47.76％～72.61％。在各施氮水平下，添加凋落物處理的土壤呼吸Q10均高于相應的去除凋落物處理及對照。添加凋落物會增加

11、凋落物對土壤呼吸的貢獻率，隨著施氮水平的升高，添加凋落物處理對土壤呼吸貢獻率也隨之增大。
　　 (6)去除根系處理對樟樹人工林林土壤溫度影響不大，但能顯著降低5cm處土壤濕度。去根處理的土壤呼吸存在明顯季節(jié)變化，去除根系后，施氮對土壤呼吸依然存在抑制作用，且隨施氮水平的增加而減少。去根處理的土壤呼吸速率與5cm處土壤溫度間存在顯著指數(shù)關(guān)系，土壤溫度可解釋去根處理土壤呼吸變異的47.76％～58.54％。各施氮水平下，去根處理的土