不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状对氮磷添加的响应

人类活动改变了氮素从大气向陆地生态系统输入的方式和速率,进而导致森林生态系统养分变化和失衡。研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状的影响,可以为全球氮磷沉降背景下亚热带地区樟树人工林的经营管理提供依据。本试验以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P 4个水平,种植密度设置10、20、40和80株·m~(-2 )4个水平。实验数据表明:N、P和N+P处理对樟树幼苗的苗高和地径均有促进作用,且N+P处理对幼苗生长的促进效果最好。N、P和N+P处理在整体上均能增加幼苗叶片的SPAD值,N和N+P处理均增加了幼苗叶片的比叶面积(SLA),而P处理减少了幼苗的SLA。随着种植密度的增大,N、P和N+P处理下樟树平均单株幼苗的苗高、地径、SPAD值呈现下降的趋势,各施肥处理下叶片的SLA变化规律不明显。密度和氮磷添加对叶片的SPAD值产生显著的交互作用。     

樟树(Cinnamomum camphora)幼苗细根形态对氮磷添加和幼苗密度的响应

全球氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响已成为现代生态学研究热点之一,我国华南地区氮沉降的增长引起了土壤酸化和磷限制加剧等一系列生态问题。密度制约着植物个体对环境资源的吸收利用,是自然界中十分重要的选择压力之一。因此研究樟树(Cinnamomum camphora)幼苗的细根形态对氮磷添加和密度的响应,有利于了解亚热带树木根系对氮沉降和磷添加与林分密度的响应过程和机制,并为全球变化背景下樟树林生态系统的管理提供依据。本研究以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥以模拟大气氮沉降,并且以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加,氮磷处理设置4个水平,即对照、施N、施P和施N+P;种植密度设置10、20、40和80株/m~2 4个水平。测定各处理樟树幼苗细根的根长、表面积、体积和根尖数,分析氮磷添加、密度和两者交互作用对樟树幼苗细根的影响。研究结果表明,与对照处理相比,N、P和N+P处理促进了幼苗细根长度、表面积、体积以及根尖数的增加。低密度条件下的N添加对幼苗根系形态的促进效果强于P添加。N+P处理对10、20、40株/m~2幼苗根系形态的促进效果最佳,而各处理对80株/m~2幼苗根系形态的促进效果均无显著性差异。随着种植密度的增大,幼苗细根长度、表面积、体积和根尖数均减少。樟树幼苗的细根长度、表面积、体积和根尖数在各密度间和不同氮磷添加处理间均有显著性差异,密度和氮磷处理间的交互作用对根系形态各指标均无显著影响。     

氮磷添加及林分密度对大叶相思林土壤化学性质的影响

大气氮(N)沉降随着人类的活动而日趋严重, 加上中国热带亚热带红壤普遍缺磷(P), 许多森林生态系统由于广泛使用磷肥而产生P富集, 直接影响了森林土壤化学特性。林分密度改变林地的光照、温度、湿度和凋落物持水量, 从而影响土壤特性。为了解外源性N和P添加与林分密度对大叶相思(Acacia auriculiformis)林地土壤化学性质的影响, 为大叶相思人工林的种植密度和土壤养分管理提供科学依据, 该研究于2013到2015年, 以4种不同密度(1 667、2 500、4 444和10 000 trees·hm ^-2)的10年生大叶相思人工林为研究对象, 分别进行添加N、P和N+P处理, 在试验结束时采集0-10 cm土壤, 对其pH、有机质含量、N含量、P含量和钾(K)含量进行了测定分析。结果表明: 施N和N+P均显著降低了土壤的pH和速效K含量, 显著提高了林地土壤的碱解N含量。施N还显著提高了林分土壤的全N含量, 施P显著提高了土壤pH, 降低了林分土壤的全N含量。施P和N+P显著提高了土壤有机质、全P和有效P含量。随着林分密度的增加, 各处理的土壤有机质、全N、碱解N、全P、有效P和速效K含量显著提高。N、P添加处理和密度处理对大叶相思林的土壤pH、有机质和N、P、K含量有显著的交互作用。总体来看, N添加、P添加、林分密度及其交互作用对大叶相思的土壤化学性质有显著影响。     

模拟N沉降下三种林分土壤营养动态分析

通过模拟N沉降实验,设置对照(CK,0 g N m~(-2)a~(-1));低氮(LN,5 g N m~(-2)a~(-1));中氮(MN,10 g N m~(-2)a~(-1));高氮(HN,15 g N m~(-2)a~(-1))4种N处理,以NH_4NO_3为外源N来研究福建省三明格氏栲自然保护区内板栗人工林、观光木人工林及米槠天然林0—10 cm土层养分变化动态。结果表明:N沉降会使板栗人工林土壤显著酸化,P含量降低,在一些时间段内,中高水平的N沉降会显著降低有机C、全N和速效N含量,中或低水平N沉降会显著降低土壤全P和速效P含量,而从第6个月起只有LN处理会显著降低土壤K含量。N沉降总体上会不同程度地提高观光木人工林土壤p H值、有机C、全N和速效N含量,有时影响会达显著或极显著水平;比较而言,LN和HN处理更会造成土壤全P的富集,而MN处理对速效P的影响更显著;LN和HN处理也会显著增加K含量,且以LN处理的效果更稳定。总体上N沉降量越大米槠天然林土壤酸化越显著;N沉降会使其有机C和速效P量显著波动;实验期间,HN处理会显著降低土壤全N和速效N量,而LN与MN处理则会使速效N和K含量增加;在4种处理下全P含量会呈相同趋势波动,差异不显著。     

外源性氮磷添加及林分密度对大叶相思林土壤酶活性的影响

研究了林分密度和外源性氮(N)磷(P)添加及二者的交互作用对土壤酶活性的影响,可以为当前不同密度的亚热带林在氮沉降和施磷肥条件下,影响我国亚热带人工林土壤养分转化的酶学机制提供理论依据。以大叶相思(Acacia auriculiformis)人工林为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)和二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)作为N肥和P肥,氮磷添加设置4个处理,即对照、施N、施P和施N+P;种植密度设置低密度(1667株/hm~2)、中密度(2500株/hm~2)、较高密度(4444株/hm~2)和高密度(10000株/hm~2)4个水平。在4种密度的大叶相思人工林下各设置一个样地(即4个样地),每个样地内5个样方,每个样方内设置4种处理,合计共16个处理,5个重复,80个小区,测定土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性,分析林分密度和NP添加对大叶相思林地土壤酶活性的影响。研究结果表明:N添加对各林分密度下的土壤脲酶和过氧化氢酶活性均有抑制作用,P添加显著提高了过氧化氢酶活性和高密度林分大叶相思林地的土壤脲酶活性,却降低了低密度林分的土壤脲酶活性;土壤磷酸酶活性在P和N+P添加两种处理下显著小于对照和施N处理;土壤脲酶、磷酸酶以及对照和P添加处理下的过氧化氢酶活性均随着林分密度的升高呈现上升趋势,而土壤过氧化氢酶活性在N和N+P添加后随着林分密度的减小而升高。林分密度和外源性NP添加的交互作用对三种土壤酶的活性均有显著影响。     

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。     

氮磷添加和栽植密度对大叶相思林土壤微生物群落功能多样性的影响

土壤微生物群落是土壤质量潜在的生态指标,在维持生态系统功能和服务中起着关键的作用。采用Biolog-ECO微平板法,探讨氮磷添加与不同栽植密度交互对大叶相思林(Acacia auriculiformis)土壤微生物功能多样性的影响,以便为建立合理的林分密度和氮磷施肥模式,提高土壤质量提供理论参考。以大叶相思林为研究对象,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,用二水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)进行磷添加。氮磷处理设置4个水平,即CK、施N、施P和施N+P。种植密度设置4个水平,即1667、2500、4444、10000株/hm²(分别以低密度、中密度、较高密度、高密度表示)。研究结果表明,施P显著提高了4个密度大叶相思林土壤微生物的AWCD值、碳源利用丰富度指数、McIntosh指数、Shannon指数和Simpson指数,而施N和N+P则相反。随着林分密度的减小,各处理的土壤微生物AWCD值趋于减少。通常低密度林分的土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener指数、McIntosh指数和Simpson指数较小。     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤有机碳和养分的影响

为探讨氮沉降对典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林的影响,从2008年6月~2010年8月进行了人工模拟氮沉降实验,实验分为对照、低N、中N、高N4个处理,每个处理3个重复。所施氮肥为CO(NH2)2,以溶液的形式喷施,4个处理浓度分别为0、30、60、120 kg·hm-2·a-1。在氮沉降进行1年后,采集各处理0~20、20~40和40~60 cm的土壤样品,测定其土壤有机C、全N、碱解N和速效P、速效K。结果表明:相同处理下,有机C和全N含量随土层的加深均逐渐减少。总体上低、中N处理显著增加了土壤有机C、碱解N和速效K含量,中、高N处理显著降低了土壤速效P含量(P0.05),而对全N含量影响不显著(P0.05)。土壤有机C与土壤全N、碱解N、速效P、速效K之间存在极显著正相关关系(P0.001)。有机C和土壤养分对氮沉降的响应说明氮沉降在短期内可能影响阔叶红松林土壤碳库积累和土壤肥力水平。     

黄土高原典型草原优势植物凋落物分解及养分释放对氮添加的响应

利用原位分解袋法研究了黄土高原典型草原优势植物长芒草(Stipa bungeana)和阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)凋落物的养分释放过程对氮添加的响应,试验周期为1 a。设置6个氮添加水平,分别为N0(0)、N1(1.15 g N m~(-2)a~(-1))、N2(2.3 g N m~(-2)a~(-1))、N3(4.6 g N m~(-2)a~(-1))、N4(9.2 g N m~(-2)a~(-1))和N5(13.8 g N m~(-2)a~(-1)),氮素类型为尿素((NH_2)_2CO)。结果表明:(1)氮添加处理两年显著改变了长芒草和阿尔泰狗娃花凋落物的初始化学性质。随着氮梯度的增加,凋落物的N(氮)含量逐渐增加,木质素含量先增加后下降,C/N(碳氮比)和木质素/N降低,C(碳)、P(磷)和C/P(碳磷比)没有显著的差异。(2)氮处理对长芒草和阿尔泰狗娃花凋落物的分解速率的影响不显著。长芒草和阿尔泰狗娃花凋落物C含量随分解时间整体为降低过程,N和P含量总体上为增加过程,且整个分解过程中N含量各处理间差异显著。(3)氮处理对长芒草和阿尔泰狗娃花凋落物C和P的分解基本无影响,两种元素都呈现释放过程。氮处理对凋落物的N残留率有显著的影响,在N1—N3(1.15—4.6 g/m~2)处理下的长芒草凋落物N残留率高于其他处理,且呈现富集过程;而阿尔泰狗娃花凋落物中的N呈现富集-释放过程。在土壤养分贫瘠的黄土高原典型草原,适量的氮输入可以促进系统的固氮。     

N添加对油松幼苗土壤酶活性和微生物生物量的影响

通过连续6年对盆栽油松(Pinus tabuliformis)幼苗进行不同水平N添加(0、2.8、5.6、11.2、22.4和44.8 g N·m~(-2)·a~(-1)),研究了N添加对土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶)和微生物生物量碳、氮的影响。结果表明:N添加水平低于11.2 g N·m~(-2)·a~(-1)时,对油松幼苗土壤蔗糖酶和脲酶活性均有促进作用,但过量N添加,尤其超过22.4 g N·m~(-2)·a~(-1)时,蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均不再提高,甚至表现为抑制作用;N添加为5.6 g N·m~(-2)·a~(-1),微生物生物量碳显著增加,微生物生物量氮无显著变化,而当N添加达到11.2 g N·m~(-2)·a~(-1)时,微生物生物量氮呈显著增加的趋势;土壤蔗糖酶、脲酶活性与微生物生物量碳和微生物生物量氮间均有显著相关关系,而3种酶活性间、微生物生物量碳、氮间均无显著相关性;土壤酶活性和微生物生物量与地上生物量、土壤有机碳和全氮含量显著相关。油松在5.6~11.2 g N·m~(-2)·a~(-1)水平下生长达到最佳。目前黄土高原地区N沉降水平(2.06 g N·m~(-2)·a~(-1))有利于该地区油松林生长;可以通过适当增施N肥的方式提高油松生长。     

亚热带次级森林演替过程中模拟氮磷沉降对土壤微生物生物量及土壤养分的影响

氮（N）沉降深刻影响着森林生态系统的生物多样性、生产力和稳定性。亚热带地区森林土壤磷（P）的有效性较低,N沉降将更突显P的限制作用。N、P输入对亚热带次级森林土壤的影响是否依赖于森林演替阶段知之甚少。选取两种不同演替年龄阶段（年轻林：<40 a;老年林：>85 a）的亚热带常绿阔叶林,设置模拟N和/或P沉降（10 g m^-2 a^-1）4个处理（Ctrl、N、P、NP）,连续处理4.5年后采集表层、次表层和下底层（0-15、15-30、30-60 cm）土壤样品,综合分析了土壤微生物生物量碳（MBC）氮（MBN）和多种土壤养分含量。结果表明,MBC、MBN及土壤养分含量均随土壤深度增加而降低。N添加对两种演替阶段森林土壤中MBC和MBN均无显著影响。施P相关处理（P和NP）对年轻林表层土壤MBC和MBN无显著影响,但显著增加了老年林表层土壤MBC和MBN（P<0.05）,表明老年林可能比年轻林更易受P限制。N添加显著增加了两种演替森林表层土壤可溶性有机氮（DON）、氨态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）的含量（P<0.05）;P相关处理（P和NP）显著增加两种演替阶段表层和次表层土壤速效磷（AP）以及表层土壤全磷（TP）的含量（P<0.05）。土壤MBC和MBN与土壤中各养分指标（可溶性有机碳DOC、DON、NH₄⁺-N、NO₃^--N、AP、全碳TC、全氮TN和TP）呈显著正相关关系,土壤TC、TN和DOC是影响土壤微生物生物量的主要因子。研究可为评估和揭示未来全球环境变化背景下不同演替林龄亚热带森林的土肥潜力及土壤质量的演变提供一定的科学理论依据。     

The effect of soil desiccation on the nutrient status of Eucalyptus regnans F. Muell seedlings

The poor growth of young Eucalyptus regnans seedlings in undried soil from the mature forest of E. regnans can be overcome by previously air-drying the soil or by adding sufficient amounts of complete soluble fertilizer or equivalent concentrations of P (as NaH₂PO₄) and N (as NaNO₃). A factorial pot experiment in which phosphate and nitrate were added to undried soil indicated that P was the primary deficiency for young seedlings and that response to N did not occur until this lack was satisfied. In dried soil, seedlings also responded to additions of complete fertilizer but most of this effect was due to N rather than P. Field trials in the mature forest also indicated greater growth in dried soil than undried soil and confirmed a response of young seedlings to superphosphate. In pot experiments, the concentration of P and N per g plant dry weight after four months was relatively constant irrespective of the final size of the plant. Seedlings in dried soil extracted up to 15 times more P than did those grown in undried soil. In general, chemical analysis of soil indicated more extractable P and N from dried soil although this was not always consistently so. Soil desiccation resulted in an increase in soil surface area due to the fragmentation of larger peds and to an increase in the number of microfractures which remained in the soil crumbs after rewetting. Mycorrhiza are likely to be important since the differentiation of the growth response of seedlings in dried and undried soil, which occurred at 5–6 weeks, corresponded with the establishment of full ectomycorrhizal development (80% root tips). The factors concerned with the increase in fertility after air-drying are discussed.Abbreviations GR Growth Ratio     

氮添加对亚热带常绿阔叶林土壤溶液化学特性的影响

土壤溶液被称作"土壤的血液"，是土壤中各种生物化学反应的中介物质，在外界环境发生变化时，土壤溶液化学成分能在其他土壤指标尚无变化之前对环境变化做出迅速响应。为了探索持续增加的大气氮（N）沉降对森林生态系统的影响，以华西雨屏区亚热带常绿阔叶林为对象，设置对照（CK，0 g m^-2 a^-1），低N（LN，5 g m^-2 a^-1），高N（HN，15 g m^-2 a^-1）三种N处理，通过人工施加硝酸铵（2017年9月起改施硝酸钠及氯化铵）的方法模拟N沉降增加情景，N处理42个月后，使用负压土壤溶液采样器定位收集A层（37-45 cm）及B层（52-60 cm）土壤溶液，并进行分析（每月1次，为期1 a）。结果表明：对照处理中A、B两层土壤溶液NO₃^-浓度达（3.94±0.77）mg/L、（4.27±1.13）mg/L，N添加显著提高两层土壤溶液NO₃^-浓度和B层NH₄⁺浓度；N添加显著降低土壤溶液pH，且显著增加Al³⁺浓度，Ca²⁺和Mg²⁺含量有增加趋势，但影响不显著；N处理使A层土壤溶液可溶性有机碳（DOC）浓度显著降低，对两层土壤溶液芳香化指数（AI）无显著影响；两层土壤溶液电导率（EC）及氧化还原电位（Eh）显著增加；此外，两层土壤溶液中许多化学成分均呈现极显著相关，特别是NO₃^-与EC相关系数达到了0.855。本研究中，对照处理极高的NO₃^-含量以及B层土壤溶液硝酸盐浓度高于A层，表明该亚热带常绿阔叶林N的有效性超过植物和微生物的总营养需求而发生淋溶，该生态系统已达到氮饱和状态，此外N添加会显著促进土壤酸化和铝离子活化，表层土壤溶液DOC的降低一定程度反映了凋落物分解受N添加的抑制作用，显著升高的氧化还原电位可能导致土壤中某些金属元素的迁移率降低。     

Soil acidity and nutrient deficiency in central Amazonian heath forest soils

Experiments were carried out to test the effects of liming and nutrient additions on plant growth and soil processes such as C and N mineralisation in three contrasting forest types in central Amazonia: the stunted facies of heath forest (SHF), the tall facies of heath forest (THF) and the surrounding lowland evergreen rain forest (LERF). Calcium-carbonate additions increased soil respiration in the field plots in the SHF; in laboratory incubations, soil respiration was higher in the SHF when soils were fertilised with N, and in THF and LERF after S additions. The addition of N alone or in different combinations generally induced a net immobilisation of soil N. Net nitrification increased during the incubation in SHF and THF soils fertilised with N+P, and in LERF soils fertilised with either N, or P, or CaCO₃. In a field experiment using ingrowth bags, a higher fine root production was observed in all forest types when bags were fertilised with CaCl₂ or CaCO₃, suggesting that Ca may be a limiting nutrient in these soils. Calcium-carbonate addition in a glasshouse bioassay experiment with rice showed an overall positive effect on the survival and growth of the seedlings. In other treatments where soil pH was not raised, the rice showed acute toxicity symptoms, poor root and shoot growth and high mortality. Similar results were yielded in a field experiment, using naturally established seedlings in the field plots in SHF, THF and LERF. It is concluded that the acute H⁺ ion toxicity is a major growth-limiting factor for non-adapted plants in heath forest soils in central Amazonia.     

凋落物添加和模拟氮磷沉降对红松凋落物木质素降解和碳释放的影响

通过对阔叶红松林和红松人工林2种林型凋落物处理（分别为不添加凋落物（原样组）、添加凋落物（双倍组）和去除凋落物（去除组）等3个处理）与模拟氮磷沉降（分别为对照CK （0 g N m^-2 a^-1、0 g P m^-2 a^-1）、低浓度氮磷（5 g N m^-2 a^-1、5 g P m^-2 a^-1）、中浓度氮磷（15 g N m^-2 a^-1、10g P m^-2 a^-1）和高浓度氮磷（30 g N m^-2 a^-1、20 g P m^-2 a^-1）等4个强度）原位培养试验,研究凋落物质量的增加与氮磷沉降及两种处理的耦合作用对碳（C）和木质素分解释放的影响。结果表明：凋落物添加在试验前期（6月）抑制人工林L层的C释放,促进H层的C释放;试验后期（10月）促进人工林L层C释放,而抑制H层的C释放。凋落物添加在前期（6月）是促进天然林L层C释放的,但在后期（10月）产生抑制作用。与L层相反,凋落物添加持续促进天然林H层的C释放。低、中浓度氮磷沉降显著促进了红松人工林和阔叶红松林L、H层C释放和木质素降解,但高浓度的氮磷添加会抑制C释放和木质素的降解,两种处理之间无交互作用。