施氮和凋落物增减对湿性常绿阔叶林土壤呼吸和土壤碳、氮的影响

摘要

全球普遍增加的大气N沉降可持续影响森林植被生长，进而导致森林凋落物量的增加或减少。凋落物是重要的土壤C源，并且新鲜凋落物的输入可对土壤原有C的分解转化过程产生强烈影响，即激发效应。因此N沉降对森林C循环的影响具有直接效应（N素增加对土壤C的影响）和间接效应（凋落物输入量改变导致的土壤C变化）。本研究以华西雨屏区湿性常绿阔叶为研究对象，以施N和凋落物改变作为处理设计了双因素交互试验，建立了12个20m×20m样地，样地划分为3个施N水平（每个水平4个重复样地）:对照、低N和高N(0、50、150kg N hm-2a-1)，每个样地中布设9个2m×2m样方，分为3个处理，即原凋、增凋和减凋（凋落物不变、增加50％、减少50％），施N处理从2014年1月开始，凋落物处理从2015年7月开始。试验模拟了N沉降增加50％、150％和新鲜凋落物输入量增加50％和减少50％情景，研究该湿性常绿阔叶林土壤呼吸和土壤C、N组分的响应。为更加深入地理解大气N沉降增加对森林C收支和土壤C、N的潜在影响提供理论依据，为林业生产实践中施肥和凋落物管理提供参考。得出以下主要研究结果。
　　(1)2015年7月到2017年12月，CK、LN、HN累计总凋落物量分别为1.29、1.29和1.34kg m-2，施N对凋落量无显著影响。0-10cm土壤温度年均12.9℃，最高温出现在7月21℃，最低月出现在1月6.0℃，0-5cm土壤的年均湿度为55.6％，施N对土壤温湿度均无显著影响。
　　(2)施N显著降低了土壤呼吸速率，减凋处理使土壤呼吸速率降低，增凋处理使土壤呼吸速率增加，减凋处理与增凋处理达到极显著水平。施N极显著的抑制该湿性常绿阔叶林的土壤C排放。样地2016年1月到2017年12月两年内的累积土壤C排放量CK、LN、HN分别为1915、1431、1579g C m-2。土壤呼吸Q10为2.60，施N和凋落物增减处理对Q10无显著影响。
　　(3)施N极显著的降低了土壤pH。A层土壤CK、LN、HN的土壤pH分别为3.50、3.44、3.36，B层土壤CK、LN、HN的土壤pH分别为3.91、3.86、3.73;凋落物处理对土壤pH值无显著影响。
　　(4)土壤TOC含量随施N量的增加而增加;增凋处理反而减少土壤TOC含量。土壤中ROC含量随施N量增加而增加，凋落物增减效应不显著。施N和凋落物增减处理对A、B层土壤EDOC均无显著的影响。
　　(5)施N和凋落物增减处理对A、B层土壤TN含量均无显著影响，A、B层土壤TN平均含量分别为44.5g kg-1和9.9g kg-1，高出中国平均土壤TN含量1.54g kg-1。NH4+-N和NO3--N均随施N的增加而显著增加，且两者施N和时间效应均显著，说明施N能显著增加土壤无机N含量的同时，更会使无机N含量增加的速率增加。减凋处理极显著的增加了土壤NH4+-N含量。
　　(6)施N和凋落物增减处理对A、B层中土壤MBC均无显著影响，但(LSD)比较的结果表明:施N使MBC减少，即CK＞LN＞HN;减凋处理使MBC减少，增凋处理使MBC增加，即-L＜0L＜+L。施N效对A层土壤MBN起显著抑制作用，因此在A土壤层土壤MBN随施N水平升高升减少，N的增加使微生物对N的利用减少。
　　本研究表明施N处理显著抑制了该湿性常绿阔叶林土壤呼吸并显著增加了HN处理土壤TOC含量，凋落物增加和减少处理分别增加和减少了土壤呼吸速率，其中+L处理中土壤TOC含量显著降低，表明凋落物输入量的增加产生了正激发效应，促进了原有土壤有机质的分解。施N显著影响了土壤无机N含量并显著降低了土壤pH值，对土壤微生物群落造成了潜在影响。

目录

声明

缩略词中英文对照表

摘要

1 文献综述

1．1氮沉降概述

1．2施氮对森林土壤呼吸的影响

1．3施氮对森林土壤碳、氮的影响

1．4凋落物增减试验概述

1．5凋落物增减对土壤呼吸的影响

1．6凋落物增减对土壤碳、氮的影响

2 研究的目的与意义

3研究内容与方法

3．1试验地概况

3．2研究内容

3．3试验设计

3．3．1样地设置和施氮处理

3．3．2凋落叶处理

3．3．3土壤呼吸

3．3．4土壤的化学特征

3．4数据处理和统计分析

3．4．1数据计算与处理

3．4．2数据统计分析

4结果分析

4．1施氮对凋落物量的影响

4．2施氮对土壤温度、湿度的影响

4．3施氮和凋落物增减对土壤呼吸速率的影响

4．4土壤呼吸速率与土壤温度及湿度的关系

4．5施氮和凋落物增减处理对土壤pH的影响

4．6施氮和凋落物增减处理对土壤碳的影响

4．7施氮和凋落物增减处理对土壤全氮的影响

4．7．1施氮和凋落物增减处理对全氮的影响

4．7．2施氮和凋落物增减对铵态氮、硝态氮的影响

4．7．3施氮和凋落物增减处理对铵硝比的影响

4．8施氮和凋落物增减处理对土壤微生物碳、氮的影响

4．8．1土壤微生物碳、氮

4．8．2施氮和凋落物增减对微生物碳氮比的影响

4．9土壤各化学指标间的相关关系

5讨论

5．1华西雨屏区湿性常绿阔叶林土壤呼吸及其温度敏感性特征

5．2施氮和凋落物增减处理对土壤呼吸速率的影响

5．2．1施氦对土壤呼吸速率的影响

5．2．2凋落物增减对土壤呼吸速率的影响

5．3施氮和凋落物增减处理对土壤pH的影响

5．4施氦和凋落物增减处理对土壤碳组分的影响

5．4．1施氮处理对土壤碳组分的影响

5．4．2凋落物增减处理对土壤碳组分的影响

5．5施氮和凋落物增减处理对土壤氮组分的影响

5．5．1施氮处理对土壤氮组分的影响

5．5．2凋落物增减处理对土壤氮组分的影响

5．6施氮和凋落物增减处理对土壤微生物生物量的影响

6结论

参考文献

致谢

作者简历