模拟氮沉降对刺槐及沙棘凋落叶分解的影响

以黄土高原主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia L.)和沙棘(Hippophae rhamnoides L.)的凋落叶为研究对象,分别在5、10、20 g·m-2·yr-1模拟氮沉降的条件下进行6个月的室内模拟分解实验,研究氮沉降对凋落叶分解过程和养分释放率的影响。结果显示:5和10 g·m-2·yr-1强度的氮沉降(LN和MN)显著促进了刺槐凋落叶的分解,中强度氮沉降促进作用更显著;所有强度的氮沉降均显著抑制了沙棘凋落叶的分解,20 g·m-2·yr-1强度(HM)的氮沉降对前半程分解的抑制作用更显著。在短期实验下,LN和HN处理显著抑制了刺槐凋落叶氮的释放,LN和MN处理抑制磷的释放; MN促进沙棘凋落叶氮的释放,而HN处理则为抑制作用,所有氮沉降处理对沙棘凋落叶磷释放均显著抑制;总体上,高强度氮沉降对养分释放的抑制作用更强。凋落叶基质质量(主要体现于碳、氮、磷和凝缩单宁含量以及木质素/氮比)和氮沉降强度均是影响氮沉降对凋落叶分解和氮磷释放结果的关键因素,且两者存在显著的交互作用。     

氮添加对亚热带山地杜鹃灌丛土壤呼吸的影响

为探究灌丛生态系统对大气氮沉降的响应,2013年1月至2014年9月,对湖南大围山杜鹃(Rhododendron simsii)灌丛群落进行了短期模拟氮沉降试验,施氮浓度分别为0(CK)、2(LN)、5(MN)和10(HN)g·m~(–2)·a~(–1)。利用LI-8100土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率,并测定不同氮处理下根系生物量增量和凋落物量。结果表明:该地区土壤呼吸呈现明显的季节动态,夏季土壤呼吸最强,冬季最弱。CK、LN、MN和HN处理样地每年通过土壤呼吸释放的CO_2量分别为2.37、2.79、2.26和2.30 kgCO_2·m~(–2)。CK、LN、MN和HN处理下,年平均土壤呼吸速率分别为1.71、2.01、1.63和1.66μmol CO_2·m~(–2)·s~(–1),LN处理样地的年均土壤呼吸速率与对照样地相比增加了17.25%,MN和HN处理则比对照样地稍低。施氮增加了根系生物量增量和凋落物量,但没有达到显著水平。土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈显著指数相关关系,与5 cm土壤的含水量呈显著线性相关关系。CK、LN、MN和HN处理下,土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))值分别为3.96、3.60、3.71和3.51,表明施氮降低了温度敏感性。氮添加导致的根系生物量增加是引起该区域土壤呼吸速率变化的一个重要原因。     

川西南常绿阔叶林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应

通过原位进行了对照(CK)、低氮(LN,50kgN.hm-2.a-1)、中氮(MN,100kgN.hm-2.a-1)和高氮(HN,150kgN.hm-2.a-1)处理,研究了川西南天然常绿阔叶林凋落物分解及养分释放对模拟N沉降的响应.结果表明:凋落物分解95%需要4.72～6.33年,分解率最高的为CK,最低的为HN.经过365d,各处理的分解率均低于CK,仅HN与CK间差异显著(P<0.05);C残留率均高于CK;N和K残留率均显著高于CK(P<0.05);P残留率均高于CK,仅LN与CK间差异显著(P<0.05).各处理凋落物的C/N升高3.9%～23.7%.凋落物分解过程中N元素的迁移模式为富集-释放,C、P和K元素则表现为直接释放.N沉降对凋落物中养分元素的释放及木质素和纤维素的降解均具有抑制作用.随着处理时间的延长,N沉降对川西南常绿阔叶林凋落物分解的影响从正效应转向负效应,且负效应随沉降浓度的增加而加强.     

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N沉降下不同林龄马尾松林凋落叶分解-土壤C、N化学计量特征

模拟N沉降对森林生态系统的影响是当今全球变化生态学研究的一个热点问题,土壤碳库对N沉降比较敏感,N沉降增加了凋落叶分解过程中外源N含量,间接影响凋落叶分解的化学过程并改变凋落叶分解速率,因此,研究模拟N沉降下凋落叶分解-土壤C-N关系对预测森林C吸存有重要意义。利用原位分解袋法研究了模拟N沉降下三峡库区不同林龄马尾松林(Pinus massoniana)凋落叶分解过程中凋落叶-土壤C、N化学计量响应及其关系;N沉降水平分对照(CK,0 g m~(-2)a~(-1))、低氮(LN,5 g m~(-2)a~(-1))、中氮(MN,10 g m~(-2)a~(-1))和高氮(HN,15 g m~(-2)a~(-1))。结果表明:分解540 d后,N沉降促进20年生和30年生马尾松林凋落叶分解,46年生马尾松林中仅低氮处理促进凋落叶分解,4种处理均是30年生分解最快,说明同一树种起始N含量低的凋落叶对N沉降呈正响应,N沉降处理促进起始N含量低的凋落叶分解,起始N含量高的凋落叶分解过程中易达到"N饱和"。N沉降抑制20年生和46年生凋落叶C释放(低于对照0.62%—6.69%),促进30年生C释放(高于对照0.28%—5.55%);30年生和46年生林分N固持量均高于对照(高于对照0.15%—21.34%),20年生则低于对照(5.70%—13.87%),说明模拟N沉降处理促进起始C含量低的凋落叶C释放和起始N含量低的凋落叶N固持。N沉降处理下仅30年生马尾松林土壤有机碳较对照增加,且土壤有机质与凋落叶C、N和分解速率呈正相关,与凋落叶C/N比呈显著负相关;土壤总氮与凋落叶分解速率、凋落叶N含量呈正相关,土壤有机碳/总氮比与凋落叶C、N含量呈正相关;对照处理中凋落叶分解指标对土壤养分影响顺序是分解速率凋落物C含量凋落物C/N比凋落物N含量,低、中、高氮处理中则是凋落物C含量分解速率凋落物N含量凋落物C/N比。研究表明低土壤养分含量马尾松林对N沉降呈正响应,N沉降促进低土壤养分马尾松林凋落叶分解并提高土壤肥力;凋落叶质量和土壤养分含量低的生态系统土壤C对N沉降响应更显著。     

亚热带常绿阔叶林凋落物生产及季节动态对模拟氮沉降增加的响应

通过野外模拟试验,研究了亚热带常绿阔叶林凋落物量对氮沉降的初期响应。试验设计4种处理,分别为对照(CK)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、高氮(HN,100kg·hm-2·a-1)和高氮加磷(HN+P,100 kg N·hm-2·a-1+50 kg P·hm-2·a-1),每个处理重复3次。通过2年的试验观测,甜槠林对照林分年总凋落物量为7.78 t·hm-2,经LN、HN、HN+P处理后,年总凋落物量分别为8.81、9.08、9.41 t·hm-2,不同处理间没有显著差异,表明氮沉降增加没有显著提高凋落物产量,但高氮处理林分,叶凋落物量表现出抑制效果,低于低氮处理;高氮+磷处理的林分凋落物总量及落叶、落枝量均明显高于高氮、低氮处理,磷添加呈现凋落物量增加的效应。甜槠林分总凋落物量表现出明显的季节动态,在春季4—5月以及秋季11月出现2个明显的峰值,不同处理趋势一致。凋落物组成中,落叶的比例占总凋落物量的53.78%~58.84%,花果杂物占28.29%~33.66%,落枝占10.79%~12.87%。研究表明,高氮处理可能引起了土壤氮素过剩,造成氮、磷失衡。     

滇中亚高山人工林凋落物分解对模拟氮沉降的响应

2018年2月至2019年1月,利用尼龙网袋法对滇中亚高山华山松和云南松两种人工林开展模拟氮(N)沉降下凋落叶和凋落枝原位分解试验,N沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低N(LN, 5 g N·m^-2·a^-1)、中N(MN, 15 g N·m^-2·a^-1)和高N(HN, 30 g N·m^-2·a^-1)。结果表明: 华山松凋落叶和凋落枝年分解率分别为34.8%和18.0%,分别高于云南松凋落叶的32.2%和凋落枝的16.1%。模拟N沉降下,LN处理使华山松凋落叶、枝分解95%所需时间较对照分别减少0.202和1.624年,MN处理分别减少0.045和1.437年,HN处理则分别增加0.840和2.112年;LN处理使云南松凋落叶、枝分解95%所需时间较对照分别减少0.766和4.053年,MN处理分别增加0.366和0.455年,HN处理分别增加0.826和0.906年。经过1年的分解,低N处理促进了华山松和云南松凋落物(叶、枝)的分解,而高N处理表现为抑制作用;N沉降对两种林型凋落物分解的影响与凋落物中纤维素和木质素含量密切相关。可见,凋落物基质质量在一定程度上决定了凋落物分解对N沉降的响应情况,尤其是纤维素和木质素含量。     

模拟氮沉降对天山云杉细根分解及其养分释放的影响

采用野外模拟试验,设计4种氮处理——对照(不施氮,CK)、低氮(施氮5kg·hm-2·a-1,LN)、中氮(施氮10kg·hm-2·a-1,MN)、高氮(施氮15kg·hm-2·a-1,HN),研究氮沉降对天山云杉细根分解及养分释放的影响。结果表明:(1)不同氮处理分解2年后天山云杉细根残留率依次为74.044%(HN)、71.967%(MN)、68.156%(CK)、61.933%(LN),且差异显著。(2)天山云杉的细根月分解速率在试验前期不同氮处理下规律不明显;而在试验后期呈现为对照中氮低氮高氮。(3)4种氮处理下天山云杉细根分解50%需要的时间依次为3.31年(LN)、3.67年(CK)、4.28年(MN)、4.64年(HN),分解95%需要的时间依次为14.39年(LN)、15.93年(CK)、18.58年(MN)和20.17年(HN)。(4)天山云杉细根C元素迁移模式总体表现为直接释放,N元氮为富集-释放模式,残留率呈现波动式下降趋势。(5)不同氮处理下天山云杉细根分解率与C元素浓度间均呈线性负相关关系;对照和低氮处理下,天山云杉细根分解率与N元素浓度间均为线性负相关关系,中氮和高氮处理下,细根分解率随N元素浓度的增加呈先增加后降低的趋势。     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林凋落物分解的影响

试验设对照(CK,0 kg·hm^-2·a^-1)、低氮(LN,50 kg·hm^-2·a^-1)、中氮(MN,150 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(HN,300 kg·hm^-2·a^-1)4个施氮水平,通过原位试验,研究了模拟N沉降对华西雨屏区慈竹(Neosinocalamus affinis)林凋落物分解的影响.结果表明：不同组分凋落物分解过程中,慈竹叶片分解速率最快,其次是箨,枝最慢,分解15个月时,叶片、箨、枝的质量残留率分别为26.38%、46.18%和54.54%,三者差异极显著(P<0.01);叶片在凋落后第1～2月和7～10月分解较快,而箨和枝则在第5～8月分解较快;凋落叶片分解95%需要的时间(2.573年)分别比箨和枝短1.686年和3.319年.凋落叶分解15个月时,各N沉降处理间分解率差异不显著;凋落箨分解95%需要2.679～4.259年,其中MN分解率最高,CK最低;凋落枝经过15个月的分解,各处理分解率大小顺序为MN>HN>LN>CK,MN与LN处理间差异达显著水平(P<0.05).说明N沉降对3种凋落物分解均有明显的促进作用,且对凋落箨促进作用最强;但随着N沉降浓度的增加和时间的延长,其促进作用减缓.     

氮添加和凋落物处理对华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解的影响

为探究氮(N)沉降和凋落物输入量改变对凋落叶分解的影响,该研究于2014年6月至2019年6月,以华西雨屏区处于N饱和状态的常绿阔叶林为研究对象,设置N添加和凋落物处理双因素实验,其中N添加处理分别为对照(CK, 0 kg·hm^–2·a^–1)、低N(LN,50kg·hm^–2·a^–1)和高N(HN,150kg·hm^–2·a^–1),凋落物处理分别为凋落物输入量不变(L0,不改变凋落物输入),减少(L-,减少50%)以及增加(L+,增加50%)。结果表明:6年N添加处理对该森林生态系统地上凋落物产量影响不显著; N添加处理显著抑制凋落叶分解,且N添加量越高,凋落叶分解抑制作用越强;N添加显著降低分解后期凋落叶中锰(Mn)的残留率,促进Mn的释放;凋落物输入量的增减处理未显著改变凋落叶分解速率,而凋落物增减处理升高了凋落叶中Mn的残留率,减缓Mn的释放; N添加和凋落物处理交互作用不显著。该研究表明亚热带N饱和常绿阔叶林凋落叶分解受N沉降的直接影响显著,凋落物处理...     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程微生物生物量的影响

为进一步深化氮沉降对凋落物分解影响的研究,2016年3月—2017年3月,在华西雨屏区天然常绿阔叶林内,用凋落叶分解袋法研究了模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的影响。实验设置了对照(0 g N m~(-2)a~(-1))、低氮(5 g N m~(-2)a~(-1))、中氮(15 g Nm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(30 g N m~(-2)a~(-1)) 4个处理。结果表明:低氮和中氮处理显著增加了凋落叶分解过程中的MBC和MBN,以低氮处理增加幅度最高;低氮和中氮处理对凋落叶分解过程中的MBP影响不显著;高氮处理显著降低了分解过程中的MBC、MBN和MBP。随模拟氮沉降量的递增,凋落叶分解过程中微生物生物量碳氮比逐渐减少,微生物生物量碳磷比呈现先增加后下降的趋势。研究结果说明,氮沉降影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程中微生物生物量,进而改变了凋落物的分解过程。     

滇中亚高山地带性植被凋落物分解对模拟氮沉降的响应

模拟氮（N）沉降对凋落物分解特征的影响对研究森林生态系统物质循环响应大气N沉降的内在机理和应对N沉降全球化具有重要意义。从2018年2月至2019年1月，对滇中亚高山常绿阔叶林（Evergreen broad-leaf forest）和高山栎林（Quercus semecarpifolia forest）两种地带性植被进行模拟N沉降试验，利用尼龙网袋法对两种林型凋落叶和凋落枝进行原位分解试验，N沉降处理水平分别为对照CK（Control check，0 g N m^-2 a^-1）、低氮LN（Low nitrogen，5 g N m^-2 a^-1）、中氮MN（Medium nitrogen，15 g N m^-2 a^-1）和高氮HN（High nitrogen，30 g N m^-2 a^-1）。结果表明：常绿阔叶林凋落叶和凋落枝分解率分别为44.84%和21.96%，均高于高山栎林的35.97%（凋落叶）和17.51%（凋落枝）；N沉降处理使得常绿阔叶林和高山栎林的凋落叶和凋落枝质量损失95%的时间在对照（CK）的基础上均有一定程度的增加，其中以HN处理下最为显著；经过1年的分解，两种林型凋落叶、枝纤维素和木质素降解均受到N沉降的抑制作用；两种林型中凋落物质量残留率、纤维素和木质素残留率三者间呈极显著正相关。针对滇中亚高山区域范围内的两种地带性植被，凋落物分解对N沉降的响应方向主要取决于凋落物基质质量，其中尤以纤维素和木质素为重要影响因素。     

模拟氮沉降对中亚热带森林土壤Ni、Cu、Zn含量的影响

通过野外模拟实验,研究3个氮沉降水平,CK(对照,0 kg·hm^-2·a^-1)、LN(低氮,30 kg·hm^-2·a^-1)和HN(高氮,100 kg·hm^-2·a^-1)处理对亚热带针叶(杉木)和阔叶(罗浮栲、浙江桂)森林土壤中微量元素Ni、Cu、Zn含量的影响。结果表明:就不同的林分来看,3种微量元素的含量大致呈杉木林>罗浮栲林>浙江桂林,施氮3 d后,浙江桂林和罗浮栲林土壤中3种微量元素在各处理之间差异不显著,仅发现杉木林土壤中的Ni含量在CK处理与LN及HN处理之间和无凋落物土壤中Cu含量在HN与CK及LN之间的差异显著; 3片林分中土壤表面有无凋落物处理总体对3种微量元素含量的影响不大。与施氮前相比,3片林分土壤中的Ni、Cu、Zn含量均有所下降,且浙江桂林在LN处理的降幅最大。     

Effects of nitrogen addition on soil respiration of Rhododendron simsii shrubland in the subtropical mountainous areas of China

Aims As the second largest C flux between the atmosphere and terrestrial ecosystems, soil respiration plays a vital role in regulating atmosphere CO₂ concentration. Therefore, understanding the response of soil respiration to the increasing nitrogen deposition is urgently needed for prediction of future climate change. However, it is still unclear how nitrogen deposition influences soil respiration of shrubland in subtropical China. Our objectives were to explore the effects of different levels of nitrogen fertilization on soil respiration, root biomass increment, and litter biomass, and to analyze the relationships between soil respiration and soil temperature and moisture.
Methods From January 2013 to September 2014, we conducted a short-term simulated nitrogen deposition experiment in the Rhododendron simsii shrubland of Dawei Mountain, located in Hunan Province, southern China. Four levels of nitrogen addition treatments (each level with three replicates) were established: control (CK, no nitrogen addition), low nitrogen addition (LN, 2 g·m^-2·a^-1), medium nitrogen addition (MN, 5 g·m^-2·a^-1) and high nitrogen addition (HN, 10 g·m^-2·a^-1). Soil respiration was measured by LI-8100 soil CO₂ efflux system. At the same time, we measured root biomass increment and litter biomass in each plot.
Important findings Soil respiration exhibited a strong seasonal pattern, with the highest rates found in summer and the lowest rates in winter. Annual accumulative soil respiration rate in the CK, LN, MN and HN was (2.37 ± 0.39), (2.79 ± 0.42), (2.26 ± 0.38) and (2.30 ± 0.36) kg CO₂·m^-2, respectively. Annual mean soil respiration rate in the CK, LN, MN and HN was (1.71 ± 0.28), (2.01 ± 0.30), (1.63 ± 0.27) and (1.66 ± 0.26) μmol CO₂·m^-2·s^-1, respectively, and it was 17.25% higher in the LN treatment compared with CK (p = 0.06). The root biomass increment was increased by LN, MN, and HN treatments by 18.36%, 36.49% and 61.63%, respectively, compared to CK. The litter biomass was increased by LN, MN, and HN treatments by 35.87%, 22.17% and 15.35%, respectively, compared with CK. Soil respiration exhibited a significant exponential relationship with soil temperature (p < 0.01, R² is 0.77 to 0.82) and a significant linear relationship with soil moisture at the depth of 5 cm (p < 0.05, R² is 0.10 to 0.15). The temperature sensitivity (Q₁₀) value of CK, LN, MN and HN plots was 3.96, 3.60, 3.71 and 3.51, respectively. These results suggested that nitrogen addition promoted plant growth and decreased the temperature sensitivity of soil respiration. The increase of root biomass under N addition may be an important reason for the change of soil respiration in the study area.