模拟氮沉降对温带森林土壤酶活性的影响

森林土壤酶作为土壤中最活跃组分,能影响生态系统的物质循环过程,其活性能快速反映氮沉降对土壤环境的变化。以北京地带性植被辽东栎林为研究对象,利用模拟氮沉降方法,原位设计低氮(50 kg N hm~(-2)a~(-1),N50)、高氮(150 kg N hm~(-2)a~(-1),N150)两个施氮水平,每个施氮水平设置Na NO_3、(NH_4)_2SO_4、NH4NO_33个不同的施氮类型,另设置空白对照(0 kg N hm~(-2)a~(-1),N0)。从时间格局上研究不同氮素化学形态和剂量对温带森林土壤6种酶(脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶)活性的影响。结果表明:在氮形态和水平的交互作用下,NH4NO3-N处理的脲酶活性显著高出NO~-_3-N处理的24.20%(N50),NH~+_4-N处理对酸性磷酸酶活性的影响显著高出NO~-_3-N处理的13.82%(N150);在NH~+_4-N和NH_4NO_3-N处理中,N50水平下的脲酶活性分别高出N0处理的38.90%和24.20%,差异显著。对无氮形态和水平交互作用的酶活性分析得出,不同的施氮水平,对碱性磷酸酶和多酚氧化酶的酶活性有显著促进作用,碱性磷酸酶活性在N50和N150处理下分别比N0高20.2%和11.5%,N50和N150处理对多酚氧化酶活性的促进作用分别比N0处理高64.3%和41.8%,差异显著(P0.05);NH~+_4-N处理对β-葡萄糖苷酶活性具有显著促进作用(P0.05),不同的施氮形态,对碱性磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶的酶活性无显著影响。6种酶活性均呈现了显著的时间变化,氮添加对森林土壤酶活性的时间分异规律没有显著影响。此外,土壤微生物量碳、硝态氮和铵态氮含量与酶活性具有显著相关性(P0.05)。以上结果表明,氮添加通过改变森林土壤的环境因子,影响了土壤中的水解酶和氧化酶活性,进而改变了土壤有机碳库和养分循环。     

施肥对杉木林土壤酶和活性有机碳的影响

以中亚热带地区的5年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,探讨施肥对土壤酶活性和活性有机碳含量的影响,实验包括对照(CK)、施氮肥(200 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、施磷肥(50 kg P·hm~(-2)·a~(-1))、施氮磷肥(200 kg N·hm~(-2)·a~(-1)和50 kg P·hm~(-2)·a~(-1))等4个处理。结果表明:在表层(0~10 cm)土壤中,施NP肥处理的土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别比CK降低了40.2%和36.5%,β-葡萄糖苷酶活性比施P肥处理降低了31.1%;亚表层(10~20 cm)土壤中,施N肥处理的脲酶活性显著低于CK;施N肥、P肥和NP肥处理的蔗糖酶活性分别比CK降低了46.9%、37.8%和42.4%;施NP肥处理的过氧化氢酶活性比施P肥处理降低了22.6%;在表层土壤中,施N肥、P肥处理的土壤水溶性有机碳含量分别比CK降低24.1%和29.4%;施NP肥处理的微生物生物量碳显著低于CK;土壤活性有机碳组分在不同土层之间差异显著,均表现为表层土壤活性有机碳含量高于亚表层土壤。相关性分析结果显示:蔗糖酶活性与硝态氮含量呈极显著负相关,表明施NP肥增加了硝态氮含量,一定程度上抑制了蔗糖酶的活性;水溶性有机碳与脲酶活性呈显著正相关,土壤微生物生物量碳与脲酶、过氧化氢酶和β-葡萄糖苷酶活性呈显著正相关。研究表明,水溶性有机碳、微生物生物量碳和土壤酶活性的降低可能会抑制土壤碳的释放,从而增加土壤碳的固定。     

模拟大气氮沉降对温带森林土壤微生物群落结构的影响

本研究以温带森林土壤为研究对象,设置野外模拟氮沉降实验,分析不同施氮形态和施氮水平对微生物群落结构的影响。试验设置对照(Control,0 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、混合态低氮(NH_4NO_3,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、混合态高氮(NH_4NO_3,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、铵态氮低氮((NH_4)_2SO_4,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、铵态氮高氮((NH_4)_2SO_4,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、硝态氮低氮(NaNO_3,50 kg N·hm~(-2)·a~(-1))、硝态氮高氮(NaNO_3,150 kg N·hm~(-2)·a~(-1))7种氮处理,持续施氮3年后,运用磷脂脂肪酸(PLFA)法对土壤微生物群落结构进行测定。结果表明:在不同水平的氮添加下,土壤微生物总量、细菌、土壤革兰阳性细菌(G+细菌)、土壤革兰阴性细菌(G-细菌)和真菌的PLFA含量均随施氮水平的增加而升高;在不同形态的氮添加下,混合态氮添加提高了微生物总量、细菌、真菌和放线菌的PLFA含量。主成分分析(PCA)表明,除铵态氮低氮添加样地外,其他氮添加处理样地中的土壤微生物结构都发生了改变。这些结果表明,模拟大气氮沉降初期,氮添加会增加温带森林土壤微生物生物量,达到一定水平后会改变土壤微生物群落结构。     

模拟增温和氮沉降对中亚热带杉木幼林土壤有效氮的影响

以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗为研究对象,设置埋设电缆以加热土壤增温(+5℃)结合模拟氮沉降的实验,施氮水平分别为对照(CT,0 kg hm~(-2)a~(-1))、施低氮(LN,40 kg hm~(-2)a~(-1))和施高氮(HN,80 kg hm~(-2)a~(-1)),用离子交换树脂袋法研究了土壤有效氮对模拟增温和施氮的短期响应。经过为期1a的研究,结果表明:土壤有效氮主要集中在夏冬季,而且硝态氮是土壤有效氮的主要存在形态;增温显著增加土壤有效氮含量(P0.05),各月间的有效氮含量与气温和降雨量有关;总体来看,氮沉降显著增加土壤有效氮含量(P0.05),而且随氮沉降水平的升高而增加。低氮处理下,大多数月份的土壤有效氮含量显著增加,高氮处理下,各月的有效氮含量均显著高于对照处理;增温×氮沉降在各月间均显著增加土壤有效氮含量(P0.05),并随氮沉降水平的升高而增加。而且,两者的交互作用对有效氮的增幅显著大于任一单一因子的作用。说明增温和氮沉降两者的交互作用对土壤有效氮的影响具有叠加效应。因此,增温和氮沉降及其交互作用短期内都会显著增加土壤有效氮含量,为植物生长提供充足的养分。     

华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤可培养微生物数量对模拟氮沉降的响应

为了解氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物数量的影响,从2013年11月至2014年12月,通过野外模拟N(NH_4NO_3)沉降,氮沉降水平分别为对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮沉降(L 50 kg N hm~(-2)a~(-1))、中氮沉降(M 150 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(H 300 kg N hm~(-2)a~(-1)),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林0—10cm和10—20cm土层土壤可培养微生物数量的影响。结果表明:华西雨屏区天然常绿阔叶林0—10cm土层的细菌、真菌和放线菌数量均显著大于10—20cm土层,氮沉降未改变原有垂直分布格局。L处理对0—10cm和10—20 cm土层土壤微生物总量无显著影响,M和H处理则显著降低了土壤微生物总量。氮沉降降低了0—10cm和10—20cm土层的细菌数量,且抑制作用随氮沉降量的增加而增强。氮沉降降低了0—10cm土层的真菌数量,但下降幅度与氮沉降量之间无明显规律;在10—20cm土层,M和H处理在夏季显著增加了真菌数量,表明适量氮沉降能有效缓解夏季土壤真菌的氮限制状态。氮沉降对0—10cm土层放线菌数量的影响表现为先促进再抑制,L和M处理增加了放线菌数量,H处理降低了放线菌数量;氮沉降增加了10—20cm土层的放线菌数量,其中M处理的促进作用最大。氮沉降对土壤微生物数量的影响随土壤深度的增加而减弱。     

氮沉降对中亚热带米槠天然林微生物生物量及酶活性的影响

氮沉降对土壤微生物的扰动可能会影响土壤的养分循环,然而关于中亚热带天然林土壤微生物及酶活性对氮沉降的响应鲜有报道。通过3 a的氮沉降模拟实验,研究中亚热带米槠天然林土壤的理化性质、土壤微生物量及土壤酶活性的响应。结果表明:氮沉降并未引起土壤的有机碳和总氮显著性变化;高氮(80 kg N hm~(-2)a~(-1))处理下,土壤p H下降,出现酸化现象;低氮(40 kg N hm~(-2)a~(-1))处理促进淋溶层(A层)中土壤纤维素分解酶(β-葡萄糖苷酶和纤维素水解酶)和木质素分解酶(多酚氧化酶和过氧化物酶)活性升高,同时促进土壤微生物生物量碳、氮的积累。冗余分析(RDA)表示,可溶性有机碳(DOC)是驱动A层土壤酶活性的重要环境因子;而在淀积层(B层),这4种酶活性并未发生显著性差异。施氮处理后,A、B层中土壤的酸性磷酸酶活性增加(P0.05)。研究表明:低水平氮沉降增加了土壤微生物生物量碳氮含量以及土壤有机碳分解相关酶活性,从而加速了土壤碳周转;这为未来氮沉降增长背景下,探索中亚热带天然林土壤碳源汇问题提供了依据。     

模拟氮沉降凋落物管理对樟树人工林土壤呼吸的影响

以湖南省植物园樟树人工林为对象,研究了模拟氮沉降下,不同凋落物处理对土壤呼吸的影响。设置4个施氮水平,分别为CK(0 kg N hm~(-2)a~(-1))、LN(50 kg N hm~(-2)a~(-1))、NM(150 kg N hm~(-2)a~(-1))以及HN(300 kg N hm~(-2)a~(-1));凋落物处理分别为去除凋落物、添加凋落物以及凋落物对照组。经过为期2年的观测研究,结果表明:(1)模拟氮沉降不同凋落物处理下,土壤温度呈现显著的季节性变化,但不存在显著差异;土壤湿度呈现显著的波动性变化,施氮及凋落物管理对土壤温度无影响。土壤湿度仅受凋落物管理的影响。在不同施氮水平下,去除凋落物的土壤湿度与加倍凋落物的土壤湿度均存在显著差异性。(2)模拟氮沉降不同凋落物处理下,土壤呼吸均呈现显著的季节性变化,最大值出现在6—8月;最小值出现在1月,且在生长季期间(4—8月),不同处理下土壤呼吸存在显著差异。(3)施氮对土壤呼吸表现为抑制作用,添加凋落物对土壤呼吸起促进作用,去除凋落物对土壤呼吸起抑制作用。(4)在凋落物对照组中,LN、MN、HN较CK相比,土壤呼吸速率年均值分别降低了35.4%、30.6%、36.8%,且各施氮水平与CK存在显著差异(P0.05);添加凋落物处理下,LN、MN、HN处理较CK相比,土壤呼吸速率年均值土壤呼吸分别降低了23.2%、15.8%、14.7%。去除凋落物处理下,LN、MN、HN较CK相比,土壤呼吸速率年均值分别降低了3.5%、0.5%、-11.6%。且添加或去除凋落物均能削弱施氮对土壤呼吸的抑制作用,且这种作用随着施氮水平的增加而增大。(5)土壤呼吸与5 cm处土壤温度存在显著相关性(P0.05),土壤温度可解释土壤呼吸变异的47.76%—72.61%;与土壤湿度呈现正相关,但未达到显著相关水平(P0.05)。     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤酶活性的影响

为研究土壤酶活性对氮沉降增加的响应,以山西太岳山油松人工林和天然林为研究对象,于2009年8月开始实施模拟氮沉实验,试验设置对照(CK,0 kg N hm-2a-1);低氮(LN,50 kg N hm-2a-1);中氮(MN,100 kg N hm-2a-1);高氮(HN,150 kg N hm-2a-1)4种氮处理,自2012年起每年5、7、9月在各处理样方采集表层0—20 cm土壤,测定土壤酶活性(过氧化物酶、多酚氧化酶、纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶)。研究结果表明:施氮处理下的脲酶与中性磷酸酶活性均有所提高,而低氮处理下天然林中的多酚氧化酶与人工林中的蔗糖酶显著低于对照,中氮、高氮处理下过氧化物酶、多酚氧化酶、天然林中的纤维素酶以及人工林中的蔗糖酶显著降低。总的来说,人工模拟氮沉降促进了土壤中脲酶和中性磷酸酶的活性,抑制了过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,并降低了天然林土壤中的纤维素酶活性和人工林中的蔗糖酶活性,但对天然林中蔗糖酶和人工林中的纤维素酶无影响。主导木质素降解的多酚氧化酶活性与纤维素酶、蔗糖酶活性显著相关,纤维素酶与蔗糖酶活性的下降可能是由木质素降解受到抑制,土壤微生物可利用碳源减少所引起。另外,受到天然林土壤含氮量较高的影响,与人工林相比,天然林的多酚氧化酶活性对模拟氮沉降更敏感。由于被抑制的酶均与土壤有机质降解密切相关,氮沉降增加将减缓山西油松林土壤有机质的降解,有利于有机质在土壤中的积累。     

不同施氮量对桑园红壤耕层酶活性的影响

在广西红壤典型气候区研究施用氮肥对桑园土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶和转化酶酶活性的影响,为广西红壤区桑园合理施氮和耕地保育提供科学依据。试验设置3个施氮量水平(N1:120.75 kg N/hm2,N2:172.5 kg N/hm2,N3:207 kg N/hm2),在冬季测定不同氮肥处理下耕层土壤酶活性,并与桑叶产量进行相关分析。结果表明,土壤脲酶和转化酶活性均随着施氮量的增加而增加,过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性在中等施氮量(N2处理)下较大。土壤转化酶和脲酶活性呈显著的正相关关系、转化酶和磷酸酶活性呈显著的正相关关系,土壤脲酶、磷酸酶、转化酶活性与桑叶产量呈极显著相关。合理施用氮肥能提高桑园土壤转化酶、磷酸酶、脲酶活性,土壤脲酶和蔗糖酶活性可作为评价桑园土壤肥力质量的指标之一。     

玉米/大豆轮作下不同施肥处理对土壤微生物生物量及酶活性的影响

本试验探讨了玉米/大豆轮作下不同施肥措施对土壤酶活性以及微生物生物量的影响。试验设置7个处理:(1)对照(不施肥,CK);(2)有机肥7.5 t·hm~(-2)(M1);(3)有机肥15 t·hm~(-2)(M2);(4)有机肥22.5 t·hm~(-2)(M3);(5)化肥(N 160 kg·hm~(-2)+P_2O_575kg·hm~(-2)+K_2O 75 kg·hm~(-2))(T1);(6)有机肥7.5 t·hm~(-2)+化肥(N 81 kg·hm~(-2)+P_2O_50kg·hm~(-2)+K_2O 67 kg·hm~(-2))(T2);(7)有机肥15 t·hm~(-2)+化肥(N 120 kg·hm~(-2)+P_2O_57kg·hm~(-2)+和K_2O 71 kg·hm~(-2))(T3)。2017年有机肥与2016年施入相同,化肥施用量为2016年的80%。在不同生长时期采集0~20 cm的耕层土样,测定土壤微生物生物量碳、氮及土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶活性。两年的试验数据分析表明,不同处理间土壤微生物生物量碳、氮存在显著差异,各施肥处理均能显著增加土壤微生物生物量碳、氮。在玉米成熟期,T2、T3处理较M1、M2处理的微生物生物量碳分别增加32%和21%,微生物生物量氮分别增加38%和28%,大豆成熟期与玉米成熟期相比,微生物生物量碳增加了13%~51%,微生物生物量氮增加了85%~174%。土壤蔗糖酶活性在作物不同生育时期以T3处理的效果最为显著,过氧化氢酶、脲酶活性以有机无机肥料配施处理较为显著。相对于玉米田,大豆土壤微生物生物量碳、氮及酶活性均有不同程度的提高。各处理间土壤微生物生物量碳、氮及酶活性与土壤有机质、硝态氮、铵态氮、速效磷和速效钾水平显著相关。单施有机肥及有机无机肥配施可显著提高土壤养分、脲酶、蔗糖酶活性及土壤微生物生物量碳、氮,但过氧化氢酶活性与施肥量无显著相关性。     

华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及酶活性对模拟氮沉降的响应

在森林土壤中，无机氮的垂直移动速率较快，因此大气氮沉降极有可能对下层森林土壤造成较大影响，且表层土壤往往与下层土壤的物理化学特性和所处环境差异较大，因此土壤剖面中不同深度的土壤对大气氮沉降的响应可能存在较大差异。以往研究表明，"华西雨屏"区的年均氮湿沉降量高达95 kg N hm^-2 a^-1，处于中国最高水平，该森林生态系统出现一定氮饱和特征。基于以上背景，研究华西雨屏区常绿阔叶林不同深度土壤氮矿化及相关酶活性对模拟氮沉降的响应，从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验，分别设置对照（CK，+0 g N hm^-2 a^-1）、低氮（LN，+5 g N hm^-2 a^-1）和高氮（HN，+15 g N hm^-2 a^-1）3个氮添加水平。在氮沉降进行5年后进行土壤采样，测定不同深度土壤（上层0-15 cm、中层15-30 cm、下层30-45 cm）全氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量及氮矿化相关酶活性。结果表明：（1）该常绿阔叶次生林不同深度土壤TN有显著差异；（2）模拟氮沉降对该系统土壤氮矿化总体表现出极显著抑制作用，其中中层土壤抑制作用最为强烈，净氮矿化速率主要受硝化过程的影响；（3）氮矿化相关酶活性均随土壤深度的加深而降低，模拟氮沉降对土壤脲酶活性有极显著促进作用，对土壤硝酸还原酶活性有显著抑制作用。由于无机氮在土壤剖面中的高度可移动性，深层土壤氮循环和特征对氮沉降的响应需要更加密切的关注。     

模拟N沉降对太岳山油松人工林和天然林草本群落的影响

由于人类活动氮沉降呈逐年增加的趋势,进而增加了陆地生态系统氮的输入,从而影响陆地生态系统多样性、物种组成和功能。为揭示氮沉降增加对油松林草本群落的影响,于2009年7月在太岳山油松人工林和天然林,设计4个施氮水平:对照(CK,0 kg N hm-2a-1),低氮(LN,50 kg N hm-2a-1),中氮(MN,100 kg N hm-2a-1)和高氮(HN,150 kg N hm-2a-1),研究草本群落的生物多样性、生物量以及草本元素含量对模拟N沉降的响应。研究结果表明:模拟N沉降未能显著影响人工林草本群落的生物多样性(P0.05),而中氮、高氮显著降低了天然林草本群落的生物多样性(P0.05);从Jaccard指数和Sorensen指数分析得出人工林不同氮水平之间草本群落差异性较小,而天然林不同氮水平之间草本群落差异性较大。模拟N沉降没有显著改变人工林草本群落生物量(P0.05),而高氮明显促进天然林草本群落生物量的增加(P0.05)。与对照相比,模拟N沉降提高了人工林和天然林羊胡子苔草叶根中的全N含量(P0.05),而降低了全Mg的含量(P0.05),并且根部元素含量变化与土壤养分含量变化较为一致。施氮提高了N/K、N/Ca、N/Mg(P0.05)的比值。说明油松林下草本群落对氮沉降的响应因林分土壤N饱和程度以及林地利用历史的不同而产生差异,其中天然林响应最为敏感。     

长白山天然次生林土壤微生物量对氮沉降的响应

土壤微生物作为土壤养分的生物驱动因素,氮沉降会改变其活性和生物量,从而打破土壤养分循环动态平衡。氮沉降对热带、亚热带森林以及温带原始林生态系统土壤微生物量影响的研究较多,但对温带天然次生林影响的研究鲜有报道。于2016年5月(春)、7月(夏)和9月(秋)分别对长白山模拟10年氮沉降的控制试验样地——白桦山杨次生林进行了野外调查。控制试验分为3个氮添加处理,对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮(LN 25 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮(HN 50 kg N hm~(-2)a~(-1)),按照土壤层(0—10 cm和10—20 cm)分别测试了不同处理的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN)、土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)、p H、土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)等指标。结果表明:1)土壤p H在氮沉降的作用下显著降低;上层土壤TC、TN在氮沉降下变化较小,下层土壤TC、TN的含量显著增加;氮沉降下春、夏两季土壤TP含量上升,LN处理在秋季对TP有抑制作用;氮沉降对DOC、DON的影响不显著。2)上层土壤MBC春季到秋季呈现递减的趋势,下层土壤呈现先升后降的趋势,HN对MBC有抑制作用,LN对下层土壤MBC有促进作用;土壤MBN由春季到秋季呈现递减的趋势,且上、下层土壤MBN差异显著;氮处理对春、秋两季MBN有促进作用,夏季有抑制作用;氮沉降使春、秋两季MBC/MBN降低,夏季土壤MBC/MBN升高。3)氮处理、季节变化和土层深度对MBC、MBN存在显著影响,其交互影响也显著。总之,长期氮沉降在生长季对土壤微生物量的影响具有季节性差异,且受到土层深度的影响。未来研究在重视年际变化的同时,也要注重时空动态对氮沉降作用表现出的差异性。     

模拟氮沉降增加条件下土壤团聚体对酶活性的影响

氮沉降增加改变了森林土壤生态系统物质输入,影响土壤生物及酶活性,而土壤团聚体内相对稳定的微域生境可能减弱或延缓土壤生物和酶对氮沉降增加的响应强度。以广东省东莞大岭山森林公园荷木人工林为研究对象,用模拟N沉降方法,分析了2011年12月到2012年11月一年内氮沉降增加条件下表层混合土壤和土壤团聚体内脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性的变化及影响因素,旨在理解氮沉降增加条件下土壤团聚体对酶活性的影响。结果表明:氮沉降增加对表层混合土壤中脲酶和蔗糖酶的抑制作用不显著,而酸性磷酸酶受氮沉降显著影响,表现为低氮(50 kg N hm-2a-1)促进,高氮(300 kg N hm-2a-1)抑制的规律。表层土壤团聚体内脲酶活性随氮沉降增加而降低,N300处理显著低于对照;蔗糖酶和酸性磷酸酶活性随氮沉降增加先降低后增加,N100处理最低,分别比其他处理降低了6.46%—25.53%和42.33%—68.25%。试验区内各粒径土壤团聚体内酶活性高于混合土壤,且随团聚体粒径增加酶活性均为先增加后降低。不同粒径土壤团聚体的3种酶活性均以2—5 mm最高,但脲酶、酸性磷酸酶在各团聚体粒径间差异不显著,蔗糖酶活性2—5 mm显著高于5—8 mm。土壤酶相对活性指数和相对活性综合指数结果显示,超过85%的团聚体粒径内的相对酶活性指数大于1,而土壤酶相对活性综合指数均大于1。以上结果表明,氮沉降增加条件下土壤团聚体对其团聚体内的土壤酶活性有隔离保护作用,但其隔离保护效果与酶的种类和土壤团聚体粒径有关。     

樟树人工林凋落物养分含量及归还量对氮沉降的响应

氮沉降的持续增加对陆地生态系统的健康发展构成严重威胁,森林是陆地生态系统中重要的组成部分,大量的氮沉降对其结构和功能造成严重影响。凋落物是森林生态系统养分循环的重要组成部分,它对土壤肥力、森林生态系统养分循环等方面具有重要作用。为了探讨亚热带常绿阔叶森林凋落物对氮沉降增加的响应,在湖南省森林植物园以樟树人工林为研究对象进行模拟氮沉降的实验,实验设置4种氮添加水平CK(0g N m~(-2)a~(-1),对照)、LN(5g N m~(-2)a~(-1)),MN(15g N m~(-2)a~(-1)),HN(30g N m~(-2)a~(-1)),研究氮沉降对樟树林年凋落物量、凋落物养分含量以及归还量的影响。结果表明:不同施氮水平下(CK、LN、MN、HN),樟树林凋落物的年凋落量分别为(4.53±0.32)t hm~(-2)a~(-1)、(3.95±0.28)t hm~(-2)a~(-1)、(3.56±0.41)t hm~(-2)a~(-1)、(4.46±0.48)t hm~(-2)a~(-1),施氮抑制了樟树林的凋落量,且低、中氮处理下差异显著(P0.05);施氮处理后凋落物的养分含量大小顺序为:CNCaKMg,凋落物的碳含量没有显著变化,但氮含量都有所增加,因此,施氮降低了樟树凋落物各组分的C/N比;凋落物中元素的年归还量大小顺序表现为:CNCaKMg,施氮处理对凋落物C、K、Ca、Mg归还量有抑制作用,但对凋落物N归还量表现为促进作用。     

模拟氮沉降对杉木幼苗细根的生理生态影响

细根对氮沉降的生理生态响应将显著影响森林生态系统的生产力和碳吸存。为了揭示氮沉降对杉木细根的生理生态影响,对一年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗进行了模拟氮沉降试验,并测定施氮1年后杉木幼苗细根生物量、细根形态学特征(比根长、比表面积)、元素化学计量学指标(C、N、P、C/N、C/P、N/P)、细根代谢特征(细根比呼吸速率、非结构性碳水化合物)。结果表明:(1)杉木细根生物量随氮添加水平的升高而显著降低,尤其是0—1 mm细根生物量;细根比根长和比表面积随氮添加水平升高而显著增大。(2)氮添加后杉木细根C含量、C/N、C/P显著降低,高氮添加导致1—2 mm细根N含量和N/P显著升高,而低氮添加导致1—2 mm细根P含量显著升高、N/P显著降低,而0—1 mm细根的N、P含量则保持相对稳定。(3)氮添加后杉木细根比呼吸速率无显著变化,细根可溶性糖含量随氮添加增加而显著增加,而淀粉含量和NSC显著降低。综合以上结果表明:氮添加后用于细根形态构建的碳分配减少,这可能会减少土壤中有机碳的保留,0—1 mm细根的形态更易发生变化,但是其内部N、P养分含量相对更稳定以维持生理活动,细根NSC对氮添加的响应表明施氮可能导致细根受光合产物的限制。     

东北地区4种林分土壤呼吸及温、湿度敏感性对氮添加的短期响应

全球变化中氮沉降日益严重,已对森林生态系统的各个过程产生了重要影响。因此,通过研究氮添加对森林生态系统土壤碳输出的影响,对分析全球变化背景下土壤碳吸存具有重要意义。对黑龙江省帽儿山实验林场白桦(Betula platyphylla)次生林,以及水曲柳(Fraxinus mandschurica)、红松(Pinus koraiensis)、长白落叶松(Larix olgensis)人工林通过2年氮添加(对照(0 kg N hm~(-2) a~(-1)),低氮(50 kg N hm~(-2) a~(-1)),中氮(100 kg N hm~(-2) a~(-1))和高氮(150 kg N hm~(-2) a~(-1)))试验,测定根生物量密度、土壤微生物量碳浓度、土壤呼吸速率及温、湿度敏感性等指标,旨在探讨森林生态系统土壤呼吸对氮添加的短期响应。结果表明:(1)低氮处理对白桦和水曲柳林土壤呼吸速率影响不显著,但显著提高了红松和长白落叶松林土壤呼吸速率;水曲柳林分中高氮处理土壤呼吸速率显著降低于低氮和中氮处理,而其他林分高氮处理土壤呼吸速率仅显著低于低氮处理。(2)氮添加处理下,4种林分中林分土壤呼吸速率与根生物量密度呈极显著正相关,Pearson相关系数为0.81。(3)低氮处理下5 cm和10 cm处土壤呼吸温度敏感性系数Q_(10)值较CK处理分别提高了2.65%和3.12%,高氮处理较CK处理分别降低了6.29%和5.46%。但氮添加处理对土壤呼吸和土壤湿度间的相关性无影响。综上所述,阔叶林与针叶林土壤呼吸速率对氮添加的响应存在差异。根生物量密度是影响不同林分土壤呼吸对短期氮添加响应的主要因素,同时氮添加处理显著改变了土壤温度敏感性系数。