臺灣榿木-黑麥草復(fù)合模式凋落物分解對模擬氮沉降的初期響應(yīng).pdf

1、氮沉降持續(xù)增加作為當(dāng)前全球環(huán)境變化最為突出問題之一，已經(jīng)對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重要的影響，同時也深刻地影響著凋落物的分解過程。凋落物分解作為森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要環(huán)節(jié)之一，其分解的快慢對森林土壤肥力的維持以及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有重要作用。由于不同的生態(tài)環(huán)境、不同樹種，凋落物性質(zhì)的差異和分解階段不同等原因，外源氮的輸入對凋落物分解過程的影響頗具爭議，其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。林草復(fù)合模式的構(gòu)建是人工林可持續(xù)發(fā)展的有效措施，臺灣

2、榿木作為我國退耕還林的重要樹種，具有較高的生態(tài)價值和經(jīng)濟(jì)價值。但是，目前臺灣榿木林草凋落物分解對氮沉降的響應(yīng)鮮見報道。
　　通過定位模擬氮沉降試驗的方式，研究臺灣榿木-黑麥草復(fù)合模式凋落物分解對模擬氮沉降的初期響應(yīng)。將臺灣榿木-黑麥草復(fù)合模式（A模式）及其對照（未種植黑麥草，B模式）凋落物組成分成了地上凋落物（葉、枝、果及其混合物）和地下凋落物（榿木細(xì)根、草根及混合根），分別放置于2種模式中進(jìn)行不同梯度（0、5、10、20 g·N

3、·m-2·a-1）的模擬氮沉降處理，以揭示林草復(fù)合模式單一種類凋落物及其混合的分解過程對外源N添加的響應(yīng)過程與機(jī)制。經(jīng)過對凋落物分解1a的模擬氮沉降處理，主要結(jié)果如下:
　　(1)在1a的研究期間內(nèi)，臺灣榿木退耕地內(nèi)幾種凋落物分解速率符合Olson負(fù)指數(shù)分解模型。不同類別的凋落物分解速率有差異，草根分解最為迅速，葉和細(xì)根次之，枝和果分解最為緩慢，不同類別凋落物組分混合分解存在正交互作用，顯著促進(jìn)凋落物基質(zhì)的分解。臺灣榿木-黑麥草復(fù)

4、合模式的構(gòu)建顯著加快了葉、枝以及細(xì)根的分解(p＜0.05)。模擬氮沉降促進(jìn)了分解前期凋落物質(zhì)量損失，抑制了B模式凋落物的后期分解，氮沉降水平的大小對凋落物分解的抑制作用因凋落物種類而異;促進(jìn)了A模式凋落物的分解，對地上凋落物的促進(jìn)作用達(dá)到顯著水平，其中以凋落物葉的促進(jìn)作用最為顯著(p＜0.05)，而對地下凋落物的促進(jìn)作用有限，只有在前40d達(dá)到顯著水平。黑麥草的植入顯著降低了臺灣榿木-黑麥草復(fù)合模式各凋落物組分的半衰期(T50％)和周轉(zhuǎn)

5、期（T95％），提高了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的周轉(zhuǎn)速率。在整個研究期內(nèi)，各凋落物組分分解速率與凋落物C、N、P、纖維素、木質(zhì)素、C/N、木質(zhì)素/N等質(zhì)量指標(biāo)中2個或以上存在著顯著相關(guān)，其中C含量能解釋凋落物分解速率的82.6％。在模擬氮沉降環(huán)境中，外源N的添加，使凋落物質(zhì)量指標(biāo)的高低對凋落物分解速率的影響被打亂。
　　(2)臺灣榿木退耕地各凋落物在1a的分解過程中均表現(xiàn)為C元素凈礦化，C質(zhì)量殘留率符合負(fù)指數(shù)模型。模擬氮沉降顯著降低了B模式

6、地上凋落物葉、果、枝及其混合物的C礦化，對地下凋落物C分解釋放影響不顯著。臺灣榿木-黑麥草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，顯著促進(jìn)了凋落物分解過程中C的礦化，能有效緩解氮沉降對凋落物分解過程中C礦化的抑制。各凋落物組分在1a的分解時間內(nèi)均有1-2次的N富集過程，在實驗后期均為凈氮釋放;凋落物P動態(tài)表現(xiàn)為，地上凋落物為釋放-富集-釋放，地下凋落物表現(xiàn)為凈釋放;K為凈釋放。不同氮沉降水平顯著影響凋落物N、P、K的釋放，前期表現(xiàn)為促進(jìn)，后期表現(xiàn)為抑制;黑

7、麥草的植入進(jìn)一步促進(jìn)了N、P、K的釋放。
　　(3)在1a的研究期內(nèi)，臺灣榿木退耕地中6種土壤酶兼有明顯的季節(jié)變化，其中，多酚氧化酶、過氧化物酶及脲酶活性高峰期出現(xiàn)在春季，纖維素酶活性高峰期在夏季，酸性磷酸酶活性高峰期在秋季，蔗糖酶活性高峰期在冬季。施加外源氮改變了臺灣榿木退耕地土壤酶活性，不同氮沉降處理對土壤酶的活性影響差異較大。氮沉降對土壤酶活性的影響具有積累效應(yīng)，在模擬氮沉降環(huán)境中，外源氮的輸入增加了土壤纖維素酶和蔗糖酶活性

8、，氮水平越高酶活性越強(qiáng)，在研究后期高氮沉降環(huán)境中蔗糖酶活性明顯被抑制;脲酶和酸性磷酸酶在模擬氮沉降環(huán)境中表現(xiàn)為低氨水平增加酶活性，高氮水平抑制;外源氮的輸入抑制了多酚氧化酶和過氧化物酶活性，且氮水平越高作用時間越久，抑制程度越大。在1a的研究期內(nèi),模擬氮沉降環(huán)境中，不同的N添加水平6種土壤酶積累活性與凋落物分解速率均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。種植多年生黑麥草后，土壤酶活性提高，有利于土壤養(yǎng)分利用與循環(huán)。
　　(4)凋落物分解養(yǎng)分釋放是土壤養(yǎng)

9、分的重要來源，模擬氮沉降增加了土壤有機(jī)碳(TOC)、全氮(TN）、有效氮(AN)、全磷(TP)和有效磷(AP)含量，同時降低了土壤C/N。土壤TOC、N和P對模擬氮沉降呈正響應(yīng)，氮沉降的增加可能會提高土壤肥力并促進(jìn)植被的生長，進(jìn)而促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)對碳的固定。經(jīng)過1a的模擬氮沉降試驗，臺灣榿木-黑麥草林草復(fù)合模式土壤TN、TP含量比對照林地含量低，但土壤TOC、AN及AP含量較對照林高。盡管多年生黑麥草種植造成對土壤中氮、磷等土壤養(yǎng)分吸收量的

10、增加，但是其凋落物（主要是地下根系）的快速周轉(zhuǎn)提高了土壤酶活性，使其N、P的有效性提高，更易于土壤養(yǎng)分的利用與循環(huán)，有利于系統(tǒng)碳吸存。
　　綜上所述，模擬氮沉降對未種植人工牧草的臺灣榿木退耕地各凋落物分解表現(xiàn)為前期促進(jìn)、后期抑制，氮沉降水平的大小對凋落物分解的抑制作用因凋落物種類而異，主要是因為抑制了后期分解酶活性。種植人工牧草的臺灣榿木退耕地，由于多年生黑麥草的植入顯著提升了土壤酶活性，改善了土壤微環(huán)境，促進(jìn)了對外源添加N的吸收