氮沉降對亞熱帶常綠闊葉林林下植被和土壤細(xì)菌群落多樣性的影響機制.pdf

1、森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，自工業(yè)革命以來，氮沉降的逐年增加對森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能造成嚴(yán)重威脅，影響森林生態(tài)系統(tǒng)在陸地生態(tài)系統(tǒng)中所發(fā)揮的重要作用。亞熱帶常綠闊葉林在我國森林生態(tài)系統(tǒng)中占有特殊地位，是全球常綠闊葉林的重要組成部分，探索氮沉降對亞熱帶常綠闊葉林林下植被和土壤細(xì)菌群落多樣性的影響，以揭示森林生態(tài)系統(tǒng)對氮沉降增加的響應(yīng)機制。通過對北亞熱帶不同林齡常綠闊葉林為期4年的不同氮沉降模擬試驗研究，得出的主要結(jié)果如下。

2、r>　　1.不同氮添加對土壤理化性質(zhì)的影響。土壤表層(0-10cm)的含水率隨著氮添加呈上升趨勢，與對照(CK)相比，中齡林中高氮㈣處理含水率增加15.43％，但不顯著;而在高氮+磷(HN+P)處理(+101.37％)和磷(P)處理(+75.10％)中顯著增加。在成熟林中，含水率在HN處理中較CK處理顯著增加(+23.96％)，HN+P處理則顯著降低(-10.47％)。老齡林中含水率變化趨勢:HN(+22.06％)＞HN+P(+13.0

3、5％)＞L，N（+9.12％)＞CK，氮添加處理較CK均增加，但不顯著。土壤pH變化與含水率相反，在氮磷添加樣地均呈下降趨勢:在中齡林中，HN(-10.58％)、HN+P(-11.39％)和P(-6.42)三個處理較CK均顯著下降;在成熟林中，pH變化趨勢為CK＞HN(-0.44％）＞HN+P(-1.53％)，差異不顯著;在老齡林中，與CK比較，LN處理pH下降了0.95％，HN和HN+P處理pH分別顯著下降了4.02％和6.64％。不

4、同林齡HN處理，可溶性有機碳和可溶性有機氮較CK均呈增加趨勢，在中林齡分別增加13.10％和19.65％，成熟林中分別增加5.18％和10.48％，老齡林中分別增加17.66％和5.75％。HN處理導(dǎo)致亞熱帶常綠闊葉林土壤有機碳增加，土壤微生物量氮與土壤微生物量碳的變化趨勢與土壤有機碳變化趨勢一致。
　　2.不同氮添加對森林生長指標(biāo)的影響。氮添加促進了不同林齡林分胸徑的增長，中林齡平均胸徑增長量:HN+P處理顯著高于P處理，提高了

5、70.63％;成熟林胸徑增長量:HN(+6.75％)和HN+P(+12.88％)處理顯著高于CK;老齡林胸徑增長量:HN+P處理中顯著高于CK。氮添加沒有顯著提高不同林齡林分胸高斷面積。林分平均胸徑增長量主要受到森林林齡(F=6.141，P＜0.05)的影響。
　　3.不同氮添加對林下植被多樣性的影響。不同林齡的常綠闊葉林的林下植被組成略有差異，山礬(Symplocos caudata)和毛花連蕊茶(Camellia frater

6、na)是所有林分的共有種。林下灌木層Shannon-Wiener指數(shù)的變化范圍在1.66-2.40之間，氮添加對老齡林林下植被的Shannon-Wiener指數(shù)的影響不顯著，中齡林中Shannon-Wiener指數(shù)在HN處理較CK顯著下降(-24.58％);而成熟林的Shannon-Wiener指數(shù)在HN+P(2.33)處理較HN(1.41)處理中顯著增加了65.25％，而與CK差異不顯著。中齡林中，HN處理Simpson指數(shù)(-11.

7、36％)和Alatalo均勻度指數(shù)(-5.41％)顯著下降;而成熟林和老齡林的上述兩個指標(biāo)，不同氮添加處理沒有顯著影響。同樣，氮添加處理對不同林齡林分草本層多樣性指數(shù)沒有顯著影響。
　　4.不同氮添加對林下植被葉水平養(yǎng)分的影響。不同氮添加處理對不同林齡林分灌木葉片養(yǎng)分及其比沒有顯著影響，但對葉水平上養(yǎng)分相關(guān)性有一定影響。與CK相比，HN和HN+P處理后，葉片中N含量與P含量具有顯著相關(guān)關(guān)系(r=0.503，P＜0.01;r=0.5

8、01，P＜0.01)，說明較高的氮添加會提高養(yǎng)分的吸收效率并促進P元素的利用。林下灌木層的植被對N元素具有富集作用，且氮磷添加影響了灌木葉片比葉面積與化學(xué)計量之間的關(guān)系。
　　5.不同氮添加對土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響。氮添加對不同林齡常綠闊葉林土壤微生物的多樣性沒有顯著影響，在HN和HN+P處理中，OTUs在中齡林中下降，在成熟林中增加，在老齡林中變化不一致;香濃威爾指數(shù)(Shannon-Wiener)在中齡林中下降，在成熟林和老

9、齡林中均增加;辛普森指數(shù)(Simpson)在不同林齡氮添加樣地沒有變化;Schaol指數(shù)在中齡林中下降，在老齡林中增加，在成熟林中變化不一致。
　　6.不同氮添加對土壤細(xì)菌組成的影響。不同林齡林分的土壤中變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)是三個主要的細(xì)菌門類，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與組成受到氮添加的影響。中齡林中細(xì)菌門類中變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、浮

10、霉菌門(Planctomycetes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、厚壁菌門(Firmicutes)和Candidatus Saccharibacteria等7個門類，在屬水平上的OTUs具有顯著差異性;同樣在成熟林中，有8個門類在屬水平上的OTUs具有顯著差異性，包括細(xì)菌門類中變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、擬桿菌門、Candidatus Saccharibacteria、厚壁菌門、疣微菌門(Verrucomicrobia)

11、和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes);老齡林中有變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、厚壁菌門、Candidatus Saccharibacteria和藍(lán)藻細(xì)菌/葉綠體(Cyanobacteria/Chloroplast)等6個門類在屬水平上的OTUs具有顯著差異性。
　　7.利用冗余分析(RDA)整體分析比較了林齡和氮添加對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響。林齡對林分中喬木生長(R2=0.224，P=0.005)和林下植被多樣性(R2=0