模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林凋落物和土壤氮矿化的影响

摘要

随着全球工农业的发展，人类的许多活动如汽化石燃料的燃烧，化肥的生产与使用和车尾气的排放等产生了大量活性氮(N)，导致全球大气N沉降显著增加，这一趋势在未来数十年将进一步加剧。N沉降的显著增加可能对森林生态系统的结构和功能等造成显著影响。我国作为全球三大N沉降区（分别为欧洲，美国和中国）之一，有关N沉降的研究还处在起步阶段。苦竹（Pleiobastus amarus）是我国南方退耕还林的重要竹种之一，在长江中上游生态屏障建设及地区经济发建设中，发挥着十分重要的生态、经济作用。对华西雨屏区苦竹林进行模拟N沉降试验，探究苦竹林凋落物养分元素输入量、凋落物基质质量和土壤N矿化对模拟N沉降的响应，有利于为该地区苦竹林的可持续经营提供重要的基础数据和理论依据。本次试验模拟N沉降水平分别为对照(不施N)、低N(50 kg·N·hm-2·a-1)、中N(150 kg·N·hm-2·a-1)和高N(300 kg·N·hm-2·a-1)。
　　研究结果表明:
　　(1)模拟N沉降显著增加了苦竹林凋落量，增幅为8.75％～28.08％;各处理下凋落物各组分养分元素含量大小顺序均为N＞Ca＞K＞Mg＞P。模拟N沉降显著增加了凋落叶中的N、P、K、Ca和Mg元素含量，增幅分别为18.10％～32.71％，16.11％～22.67％，12.86％～22.54％，10.31％～14.70％和13.18％～24.07％。各处理下凋落物各组分养分元素年输入量大小顺序均为N＞Ca＞K＞Mg＞P。相对于CK，各处理均显著增加了各养分元素年输入量，其中N元素年输入量增幅在21.98％～62.12％之间，P元素增幅度在50.62％～22.18％之间，Ca元素增加幅度在24.02％～50.89％之间，Mg元素增加幅在28.59％～68.78％之间，K元素增幅在23.85％～58.66％之间，且高N(HN)相对于中N(MN)及低N(LN)均显著增加了N、P、K、Ca和Mg元素年输入量。本研究表明模拟氮沉降增加了凋落物对土壤养分的输入量，这对于维持苦竹林地肥力，长期保持苦竹林分的生产力具有重要的作用。
　　(2)模拟N沉降显著增加了凋落叶中N、P元素含量，中N处理显著增加了凋落枝中N元素含量，中N和高N处理均显著增加了凋落枝中P元素含量;模拟N沉降对凋落物中C元素含量影响很微弱，表现出各模拟N沉降处理显著降低了凋落叶中的C/N，中N处理显著降低了凋落枝中的C/N.模拟N沉降对木质素和纤维素含量均未造成显著影响。由于模拟N沉降增加了苦竹凋落物的N、P含量，降低了其C/N，因此N沉降可能会促进苦竹凋落物的初期分解。
　　(3)模拟N沉降降低了苦竹林土壤pH值，降低范围在0.30％～7.69％之间，且HN与CK之间差异达显著水平。模拟N沉降增加了苦竹林土壤TOC含量，且与CK相比，LN和HN显著增加了苦竹林土壤的TOC含量，增加幅度分别为2.63％和4.03％。模拟N沉降增加了苦竹林土壤TN含量，但仅有HN显著增加，增幅为13.2％。模拟N沉降并未对苦竹林土壤C/N造成显著影响。自然状态下(CK)，微生物生物量碳(MBC)含量为0.23 mg·g-1，HN处理显著增加了MBC，增幅为14.10％。自然状态下(CK)，苦竹林土壤微生物生物量N(MBN)含量为0.023 mg·g-1，模拟N沉降显著增加了土壤MBN含量，且增加范围在12.12％～25.63％之间。模拟N沉降增加了苦竹林土壤有效N含量，且HN处理显著增加。CK处理后的土壤中细根生物量为616.42g·m-2，经HN处理后的细根生物量与经CK处理后的细根生物量之间差异达显著水平。本研究结果表明模拟N沉降对有助于加速养分循环、改善土壤质量、增加土壤肥力。
　　(4)模拟氮沉降显著增加了苦竹林土壤净氮矿化量和净氮矿化速率，且苦竹林净氮矿化速率和土壤初始无机氮含量、土壤微生物生物氮含量、细根生物量及凋落物量成显著正相关关系，而和土壤pH值及凋落叶C/N成显著负相关关系。本研究结果表明模拟N沉降主要是通过影响苦竹林土壤理化性质、细根生物量和凋落物性质，从而对土壤N矿化产生影响，且由于模拟N沉降表现出增加土壤净N矿化量和净N矿化速率，这对于缓解苦竹林N限制水平、促进苦竹林分的生产力具有重要的意义。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 氮沉降研究进展

1．2 氮沉降对森林凋落物的影响

1．3 森林生态系统中的土壤氮矿化

1．3．1 森林生态系统中土壤氮矿化的作用

1．3．2 土壤氮矿化研究方法

1．4 氮沉降对森林土壤氮矿化的影响

1．5 氮沉降对森林土壤氮矿化的影响机理

1．5．1 直接增加土壤和凋落物有效氮

1．5．2 改变凋落物和基质的C／N

1．5．3 改变微生物组成

1．5．4 改变土壤pH值

2 研究目的与意义

3 研究内容、技术路线

3．1 研究内容

Ⅰ 氮沉降对华西雨屏区苦竹林凋落物的影响

Ⅱ 氮沉降对华西雨屏区苦竹林土壤氮矿化的影响

Ⅲ 苦竹林土壤净氮矿化速率与土壤理化性质、细根生物量及凋落物状况的关系

3．2 技术路线

3．3 研究区概况

4 研究方法

4．1 样地布设

4．2 凋落物样品采集、处理与测定

4．3 苦竹林土壤N矿化测定

4．3．1 取样方法

4．3．2 室内分析与培养

4．3．3 化学分析方法

4．3．4 计算方法

4．4 数据处理

5 结果与分析

5．1 模拟沉降对苦竹林凋落物养分元素输入影响

5．1．1 模拟氮沉降对苦竹林凋落量的影响

5．1．2 模拟氮沉降对凋落物各组分养分元素年平均含量的影响

5．1．3 模拟氮沉降对凋落物养分元素年输入量的影响

5．2 模拟氮沉降对苦竹林凋落物基质质量的影响

5．2．1 模拟氮沉降对凋落物C、N和P元素含量的影响

5．2．2 模拟氮沉降对凋落物木质素、纤维素含量和C／N比的影响

5．3 模拟氮沉降对苦竹林土壤理化性质和细根生物量的影响

5．3．1 模拟氦沉降对土壤理化性质和细根生物量的影响

5．3．2 土壤理化性质、细根生物量和凋落量之间的相关性

5．4 模拟氮沉降对苦竹林土壤氮矿化的影响

5．4．1 模拟氮沉降对苦竹林土壤氮矿化量的影响

5．4．2 模拟氮沉降对苦竹林土壤氮矿化速率的影响

5．4．3 苦竹林土壤净氮矿化速率和土壤理化性质、细根生物量及凋落物质量的关系

6 讨论

6．1 模拟氮沉降对凋落物养分元素输入量的影响

6．1．1 模拟氮沉降对凋落物年归还量的影响

6．1．2 模拟氮沉降对凋落物养分元素含量的影响

6．1．3 模拟氮沉降对凋落物养分元素年输入量的影响

6．2 模拟氮沉降对凋落物基质质量的影响

6．3 模拟氮沉降对苦竹林土壤理化性质和细根生物量的影响

6．4 模拟氮沉降对土壤氮矿化的影响

7 结论

8 展望

参考文献

附录

致谢

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