模拟大气氮沉降和添加凋落物对柳杉人工林土壤微生物的影响

摘要

持续增加的氮沉降会引起森林群落植物组成发生改变，而植物组成的改变会导致凋落物量和凋落物种类发生变化，进而引起土壤微生物、土壤动物群落及数量和结构发生改变。土壤微生物在森林生物化学循环过程中扮演着重要的角色，对生态系统结构和功能有十分重要的作用。柳杉(Cryptomeria fortunei)是我国亚热带地区主要的造林树种之一，具有较高的经济价值。以华西雨屏区中心地带柳杉人工林为对象，于2012年1月～2013年7月通过定位模拟氮沉降和添加凋落物，研究了柳杉人工林土壤微生物对模拟氮沉降和添加凋落物的响应。试验共设置12个处理:CK(N0+柳杉纯林凋落物)、LN(低氮，5 g.m-2.a-1)、MN(中氮，10 g.m-2.a-1)、HN(高氮，15 g.m-2.a-1)、SL(杉木+柳杉凋落物1∶1混合)、NL(楠木+柳杉凋落物1∶1混合)、N5SL(低氮+杉木和柳杉凋落物混合)、N10SL(中氮+杉木和柳杉凋落物混合)、N15SL(高氮+杉木和柳杉凋落物混合)、N5NL(低氮+楠木和柳杉凋落物混合)、N10NL(中氮+楠木和柳杉凋落物混合)和N15NL(高氮+楠木和柳杉凋落物混合)。主要研究结果如下:
　　(1)试验1.5a内，不同氮沉降水平对土壤微生物数量的影响表现为:显著增加土壤细菌数（p＜0.05），且氮浓度越高，促进作用越强;低氮处理显著增加土壤真菌数（p＜0.05），中氮和高氮处理显著抑制了土壤真菌数（p＜0.05），中氮浓度后，抑制作用随着氮沉降浓度的升高而增强;低、中氮处理增加土壤放线菌数量，中氮处理下促进作用最强，高氮抑制土壤放线菌数。不同氮沉降水平下，不同类型土壤微生物表现出不同的季节变化特征。
　　(2)试验1.5a内，添加凋落物对土壤微生物数量的影响表现为:显著增加土壤细菌数（p＜0.05），促进程度大小为SL＜ NL;显著增加土壤真菌数（p＜0.05），促进程度为大小NL＜SL;显著增加土壤放线菌数（p＜0.05），促进程度大小为NL＜ SL。添加凋落物处理下，不同类型土壤微生物表现出不同的季节变化特征。
　　(3)试验1.5a内，模拟大气氮沉降和添加凋落物对土壤微生物数量的影响存在明显的互作效应。其中，试验270d时，N15SL和N15NL显著抑制细菌数，其余处理均促进细菌数;试验270d时N5NL、N10SL、N15SL和N15NL抑制真菌数，其余处理均促进真菌数;各处理均促进放线菌数。氮沉降和添加凋落物双因素处理下，不同类型土壤微生物数量表现出不同的季节变化特征。
　　(4)试验1.5a内，不同氮沉降水平对土壤微生物量的影响表现为:低氮处理显著增加土壤微生物量碳（p＜0.05），中氮和高氮处理在试验前期(1a)促进土壤微生物量碳，末期则抑制土壤微生物量碳（p＜0.05）;低氮和中氮处理显著增加土壤微生物量氮（p＜0.05），高氮处理在试验前期增加土壤微生物量氮含量（p＜0.05），末期（540d时）则抑制土壤微生物量氮含量（p＜0.05）。不同氮沉降水平下，土壤微生物生物量表现出不同的季节变化特征。
　　(5)试验1.5a内，添加凋落物对土壤微生物量的影响表现为:显著增加土壤微生物量碳含量（p＜0.05），促进程度大小为SL＜NL;显著增加土壤微生物量氮含量(p＜0.05)，促进程度大小SL＜ NL。添加凋落物处理下，土壤微生物生物量表现出不同的季节变化特征。
　　(6)试验1.5a内，模拟大气氮沉降和添加凋落物对土壤微生物量的影响存在明显的互作效应。其中，试验180d时N5SL、N5NL、N10SL、N15SL和N15NL处理，270d时N5SL、N5NL和N10NL处理，360d时N5SL和N10SL处理，450d时N5SL和N5NL处理，540d时N5SL和N5NL处理均抑制土壤微生物量碳;试验180d时，N5SL和N5NL处理;270d时，N5SL、N10NL和N15NL处理;450d时，N5SL和N15NL处理均抑制土壤微生物量氮，其余时间各处理均促进土壤微生物量碳、氮含量。N沉降和添加凋落物双因素处理下，土壤微生物生物量表现出不同的季节变化特征。
　　(7)试验1.5a内，氮沉降显著增加土壤有机碳(p＜0.05），中氮处理水平下土壤有机碳含量最高。不同氮沉降水平下，土壤有机碳表现出不同的季节变化特征。
　　(8)试验1.5a内，添加凋落物显著增加土壤有机碳含量(p＜0.05），促进程度大小为SL＜ NL。添加凋落物处理间，土壤有机碳表现出不同的季节变化特征
　　(9)试验1.5a内，模拟大气氮沉降和添加凋落物对土壤有机碳的影响存在明显的互作效应。其中，N10NL处理抑制土壤有机碳含量;N10SL处理除试验450d时，其余时间内对土壤有机碳的影响也表现为抑制作用;N15NL处理在试验450d时，对土壤有机碳的影响由促进转为抑制作用;其余处理均显著促进土壤有机碳含量。N氮沉降和添加凋落物双因素处理下，土壤有机碳表现出不同的季节变化特征。
　　综合分析表明，模拟大气氮沉降能显著改变柳杉人工林中的土壤微生物数量及生物量，土壤微生物数量及生物量会随着外界环境变化发生明显改变，而添加凋落物后能在一定程度上缓解氮沉降给土壤微生物带来的压力，还能增加土壤碳库存。这意味着营造混交林可能在一定程度上缓解氮沉降等全球气候变化给森林生态系统带来的负面影响，并能维持和提高森林土壤的质量。

目录

声明

摘要

前言

1 文献综述

1．1 氮沉降简介

1．2 氮沉降对森林生态系统的影响

1．3 氮沉降对土壤微生物的影响

1．3．1 氮沉降对土壤微生物数量的影响

1．3．2 氮沉降对土壤微生物量的影响

1．3．3 氮沉降对土壤微生物功能的影响

1．4 凋落物对土壤微生物的影响

2 研究的目的及意义

3 材料与方法

3．1 试验样地概况

3．2 试验样地设计

3．3 凋落物处理

3．4 样地模拟氮沉降处理

3．5 取样

3．6 研究内容

3．7 测定指标及方法

3．7．1 土壤微生物数量测定方法

3．7．2 土壤微生物碳氮测定方法

3．7．3 土壤有机碳测定方法

3．8 数据处理和分析

4 结果和分析

4．1 模拟大气氮沉降对柳杉人工林土壤微生物数量的影响

4．1．1 对土壤细菌数的影响

4．1．2 对土壤真菌数的影响

4．1．3 对土壤放线菌数的影响

4．2 添加凋落物对柳杉人工林土壤微生物数量的影响

4．2．1 对土壤细菌影响

4．2．2 对土壤真菌的影响

4．2．3 对土壤放线菌的影响

4．3 模拟大气氮沉降和添加凋落对柳杉人工林土壤微生物数量影响

4．3．1 对土壤细菌数的影响

4．3．2 对土壤真菌数的影响

4．3．3 对土壤放线菌数的影响

4．4 模拟大气氮沉降对柳杉人工林土壤微生物量的影响

4．4．1 对土壤微生物量碳的影响

4．4．2 对土壤微生物量氮的影响

4．5 添加凋落物对柳杉人工林土壤微生物量的影响

4．5．1 对土壤微生物量碳的影响

4．5．2 对土壤微生物量氮的影响

4．6 模拟大气氮沉降和添加凋落物对柳杉人工林土壤微生物量的影响

4．6．1 对土壤微生物量碳的影响

4．6．2 对土壤微生物量氮的影响

4．7 模拟大气氮沉降对柳杉人工林土壤有机碳的影响

4．8 添加凋落物对柳杉人工林土壤有机碳的影响

4．9 模拟大气氮沉降和添加凋落物对柳杉人工林土壤有机碳的影响

5 讨论

6 结论

7 研究展望及不足

参考文献

致谢