去除和添加凋落物对木荷林土壤呼吸的短期影响

凋落物作为土壤呼吸的重要碳源,其输入的数量和质量将对土壤呼吸产生重要影响。自2011年2月—2012年5月,在浙江天童森林生态系统设置对照、去除和加倍凋落物处理,研究不同凋落物处理对木荷(Schima superba)林土壤呼吸速率、土壤温度和土壤含水量的影响。结果表明:去除和加倍凋落物对土壤温度的影响不显著,对土壤含水量的影响显著,相比对照的土壤呼吸速率2.52±0.29μmol·m-2·s-1,去除凋落物使土壤呼吸速率显著降低了25.32%;而加倍凋落物处理与对照之间的土壤呼吸速率无显著差异。不同凋落物处理下土壤呼吸均表现出明显的季节变化,凋落物处理在湿季对土壤呼吸速率的影响接近显著(P=0.065),在干季不显著,并且湿季的土壤呼吸速率显著高于干季。不同凋落物处理的土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著相关,土壤温度解释了土壤呼吸速率变异程度的80.1%~90.3%,Q10值分别为2.42、2.48和2.24;而土壤呼吸速率与土壤含水量之间的相关性不显著。研究结果表明,短期凋落物处理对土壤呼吸产生了影响,并且这种影响因季节差异而不同,证明了凋落物对于改变森林生态系统土壤呼吸和碳循环具有重要作用。     

氮添加和凋落物去除对黔中喀斯特地区柳杉人工林土壤呼吸的影响

凋落物是土壤呼吸的主要碳源,日益增加的大气氮沉降通过改变森林凋落物的输入与分解影响土壤呼吸。为揭示氮沉降及凋落物管理对森林土壤呼吸及其组分的影响,以贵州省国有扎佐林场15年生柳杉人工林为研究对象,设置4个氮添加处理:对照(CK,0 gN m^-2 a^-1)、低氮(LN,15 gN m^-2 a^-1)、中氮(MN,30 gN m^-2 a^-1)和高氮(HN,60 gN m^-2 a^-1),并在每种氮添加处理下设置去除凋落物和保留凋落物两种处理,于2021年3月-2022年2月利用LI-8100测定土壤呼吸速率,并分析氮添加及凋落物处理对土壤呼吸速率影响,确定影响土壤呼吸速率变化的主要因子。结果表明:氮添加和去除凋落物处理没有改变土壤呼吸速率的时间变化,土壤呼吸速率月均最大值出现在7月,月均最小值出现在2月。氮添加对土壤呼吸速率无显著影响(P > 0.05),除CK外,去除凋落物处理会显著降低土壤呼吸速率(P < 0.05)。凋落物对土壤总呼吸速率的贡献率为8.6%-28.5%,且LN处理下凋落物对土壤呼吸速率的贡献率最大。土壤呼吸速率与5 m土壤温度呈显著指数相关(P < 0.01),与5 cm土壤湿度呈显著负线性相关(P < 0.01)。土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的58.5%-79.5%,土壤湿度解释了土壤呼吸速率变异的26.4%-39.5%,以土壤温度和湿度构建的双变量模型拟合效果均好于单因子模型,土壤温湿度共同解释土壤呼吸速率变异的59.1%-85.8%。结论表明在大气氮沉降增加的背景下,温度是影响土壤呼吸的主要因素,凋落物管理是调控土壤呼吸的关键过程。     

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...     

凋落物去除和添加处理对典型草原生态系统碳通量的影响

为揭示凋落物去除和添加处理对草原生态系统碳通量的影响, 2013和2014年连续两年在成熟群落围封样地进行凋落物去除实验、在退化群落放牧样地进行凋落物添加实验, 并运用静态箱法探讨碳通量变化规律并分析其主要影响因子。结果表明: 两种群落的净生态系统CO₂交换(NEE)有明显的季节性变化。对成熟群落而言, 去除50%凋落物显著增加了NEE, 去除100%凋落物显著降低了NEE, 而对生态系统总初级生产力(GEP)和生态系统呼吸(ER)均无显著影响; 对退化群落而言, 凋落物添加显著增加了GEP和NEE, 而对ER无显著影响。两种群落的GEP与10 cm土壤温度显著正相关, 但NEE和GEP的变化规律与土壤温度相反, 与10 cm土壤湿度相同。由此可见, 凋落物去除和添加处理对生态系统碳通量的影响主要是改变土壤湿度和地上生物量,而不是改变土壤温度。该研究为合理利用凋落物改善草地生态系统管理和促进草地恢复提供了理论依据。     

亚热带不同树种凋落叶分解对氮添加的响应

为探究不同质量凋落物对氮(N)沉降的响应,该研究采用尼龙网袋分解法,在亚热带福建三明格氏栲(Castanopsis kawakamii)自然保护区的米槠(Castanopsiscarlesii)天然林,选取4种本区常见的具有不同初始化学性质的树种凋落叶进行模拟N沉降(N添加)分解实验(施N水平为对照0和50 kg·hm~(–2)·a~(–1))。研究结果表明:在2年的分解期内,对照处理的各树种凋落叶的分解速率依次为观光木(Michelia odora, 0.557 a~(–1))、米槠(0.440 a~(–1))、台湾相思(Acacia confusa, 0.357 a~(–1))、杉木(Cunninghamia lanceolata, 0.354 a~(–1)); N添加处理凋落叶分解速率依次为观光木(0.447 a~(–1))、米槠(0.354 a~(–1))、杉木(0.291 a~(–1))、台湾相思(0.230a~(–1)),除杉木凋落叶外, N添加显著降低了其他3种凋落叶分解速率。N添加不仅使4种树木凋落叶分解过程中的N释放减慢,同时还抑制凋落叶化学组成中木质素和纤维素的降解;N添加在凋落叶分解过程中总体上提高β-葡萄糖苷酶(βG)和酸性磷酸酶活性,对纤维素水解酶的活性影响不一致,而降低β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性和酚氧化酶活性。凋落叶分解速率与凋落叶中的碳获取酶(βG)活性以及其化学组分中的可萃取物含量极显著正相关,与初始碳浓度、纤维素和木质素含量极显著负相关,与初始N含量没有显著相关性。凋落物类型和N添加的交互作用虽未影响干质量损失速率,但对木质素和纤维素的降解具有显著效应。综上所述,化学组分比初始N含量能更好地预测凋落叶分解速率,而N添加主要通过抑制分解木质素的氧化酶(如PHO)来降低凋落叶分解速率。     

黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响

黄土高原丘陵沟壑区进行的以退耕还林还草为主的生态建设,使得进入土壤生态系统有机物的种类和数量发生变化,不同种类凋落物混合对土壤微生物量碳、氮的影响是值得关注的问题。本文采用室内培养试验方法研究了采自黄土高原地区6种不同植物凋落物及等比例混合后对土壤微生物量碳、氮及矿质态氮含量的影响。结果表明,加入不同植物凋落物均显著提高了培养期间土壤微生物量碳、氮含量。总体平均,添加三种等量混合后植物凋落物的土壤微生物量碳、氮含量高于两种凋落物等量混合处理,而两种凋落物混合高于单种凋落物处理;土壤矿质态氮含量的变化则相反,即单种＞两种混合＞三种混合。单种和两种混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮显著相关,而三种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量与其碳氮比无相关性,说明多种凋落物混合后土壤微生物量碳、氮含量受多种因素共同影响。因此,在黄土高原植被恢复重建中,有必要采用不同种类植物搭配,利用生物多样性促进生态系统健康持续发展。     

生物炭和氮添加对亚热带常绿阔叶林土壤有机碳分解与平衡的影响

生物炭由于其稳定的化学性质及对陆地生态系统土壤碳平衡的潜在用途被广泛关注。森林火灾的发生导致大量的生物炭向森林土壤输入。但生物炭输入对森林土壤有机碳(SOC)激发效应的影响及氮有效性如何调控这一过程尚不明确。本研究通过向亚热带常绿阔叶林土壤中同时添加生物炭(相当于添加SOC含量的5%)和氮(相当于添加土壤全氮含量的0、5%、10%的硝酸铵),探讨生物炭引起的激发效应对氮添加的响应。结果表明:氮添加对生物炭分解没有影响,0、5%、10%氮处理的生物炭分解量分别为添加量的1.0%、1.0%、1.1%;激发释放的CO2量分别为9.0±2.1、8.3±2.4、5.9±0.8 g C·kg-1SOC。生物炭显著加速SOC分解,造成强烈的正激发效应(47.2%)。氮添加在整个培养期间对SOC分解没有显著影响,但在不同培养阶段其效应有所不同,前期激发效应强度由40.3%增长至63.1%,而后期使激发效应强度由51.1%下降至17.4%。不论有无氮添加,生物炭输入造成土壤净碳增加。研究表明,生物炭在亚热带森林土壤碳固持中扮演重要角色,并可能缓解未来气候变暖。     

亚热带不同树种凋落叶分解对氮添加的响应

为探究不同质量凋落物对氮(N)沉降的响应, 该研究采用尼龙网袋分解法, 在亚热带福建三明格氏栲(Castanopsis kawakamii)自然保护区的米槠(Castanopsis carlesii)天然林, 选取4种本区常见的具有不同初始化学性质的树种凋落叶进行模拟N沉降(N添加)分解实验(施N水平为对照0和50 kg·hm ^-2·a ^-1)。研究结果表明: 在2年的分解期内, 对照处理的各树种凋落叶的分解速率依次为观光木(Michelia odora, 0.557 a ^-1)、米槠(0.440 a ^-1)、台湾相思(Acacia confusa, 0.357 a ^-1)、杉木(Cunninghamia lanceolata, 0.354 a ^-1); N添加处理凋落叶分解速率依次为观光木(0.447 a ^-1)、米槠(0.354 a ^-1)、杉木(0.291 a ^-1)、台湾相思(0.230 a ^-1), 除杉木凋落叶外, N添加显著降低了其他3种凋落叶分解速率。N添加不仅使4种树木凋落叶分解过程中的N释放减慢, 同时还抑制凋落叶化学组成中木质素和纤维素的降解; N添加在凋落叶分解过程中总体上提高β-葡萄糖苷酶(βG)和酸性磷酸酶活性, 对纤维素水解酶的活性影响不一致, 而降低β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性和酚氧化酶活性。凋落叶分解速率与凋落叶中的碳获取酶(βG)活性以及其化学组分中的可萃取物含量极显著正相关, 与初始碳浓度、纤维素和木质素含量极显著负相关, 与初始N含量没有显著相关性。凋落物类型和N添加的交互作用虽未影响干质量损失速率, 但对木质素和纤维素的降解具有显著效应。综上所述, 化学组分比初始N含量能更好地预测凋落叶分解速率, 而N添加主要通过抑制分解木质素的氧化酶(如PHO)来降低凋落叶分解速率。     

氮添加和凋落物处理对油松-辽东栎混交林土壤氮的影响

本研究采用随机区组设计,通过改变森林地表凋落物及添加不同水平的外源氮,探讨凋落物与氮添加及其交互作用对油松-辽东栎(Pinus tabuliformis-Quercus wutaishanica)混交林土壤氮的影响。凋落物处理包括:剔除凋落物(Littnil)、枝果凋落物加倍(Littwoody)、叶凋落物加倍(Littleaf)和混合凋落物加倍(Littmix);氮添加量分别为0(N_0)、5(N_5)和10g N·m~(-2)·a~(-1)(N_(10))。在处理5年后的生长季8月,采集地表0~5 cm土壤样品,测定与氮循环相关的土壤性状和微生物性状指标,包括土壤含水量、土壤p H、土壤有机碳、土壤全氮、铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮、N-乙酰-β葡萄糖苷酶、蛋白酶和脲酶。结果表明:土壤铵态氮是土壤氮素的主要存在形式,占土壤无机氮的64.53%~87.02%;氮添加和凋落物处理对土壤pH无影响,而土壤含水量、土壤全氮、土壤有机碳、土壤铵态氮、土壤无机氮、微生物生物量氮、N-乙酰-β葡萄糖苷酶均表现为在叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理中高于枝果凋落物加倍和剔除凋落物处理;蛋白酶和脲酶不受凋落物处理的影响;另一方面,土壤碳氮比、土壤硝态氮和脲酶受氮添加的影响显著,土壤碳氮比随着施氮水平的增加而降低,硝态氮在剔除凋落物和枝果凋落物加倍的处理中随着施氮水平的增加先增加后降低,而在叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理中则随着施氮水平的增加而增加;脲酶活性随施氮水平的增加先上升后下降;氮添加和凋落物处理对所测定的指标未表现出交互作用。本研究也表明,有叶凋落物输入的处理显著改善了土壤质量。     

亚热带米槠天然林凋落物和根系输入变化对土壤磷组分的影响

植物残体添加和去除试验(The Detritus Input and Removal Treatments, DIRT)是研究地上凋落物以及植物根系对土壤营养物质循环过程及机制探究的一种试验设计。于2012年6月选择福建省三明森林生态系统与全球变化研究站的米槠常绿阔叶天然林,设置5种处理:对照(CT)、去除凋落物(NL)、去除根系(NR)、去除凋落物与根系(NI)、添加双倍凋落物(DL),在2018年12月对各处理不同土层(0—10cm、10—20cm)土壤磷组分及其影响因子进行研究,结果表明:(1)在0—10cm土层中DL处理总磷含量显著大于NL处理,NI处理无机磷含量最低,在10—20cm中DL处理有机磷含量显著大于其他处理;(2)DL处理活性磷(Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po)含量在0—10cm土层中显著大于其他处理。在10—20cm土层中NR处理活性磷以及中等活性磷显著大于NL处理。残留态磷(Residual-P)含量最高,但在各处理与土层之间并没有明显差异;(3)酸性磷酸酶在0—10 cm土层不同处理间的变化...     

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。     

Effects of elevated CO2 and nitrogen addition on soil organic carbon fractions in a subtropical forest

Aims

The aim of this study was to investigate the effects of elevated CO₂ concentration and nitrogen addition on soil organic carbon fractions in subtropical forests where the ambient N deposition was high.

Methods

Seedlings of typical subtropical forest ecosystems were transplanted in ten open-top chambers and grown under CO₂ and nitrogen treatments. The treatments included: 1) elevated CO₂ (700?μmol?mol^-1); 2) N addition of 100?kg NH₄NO₃ ha^-1?yr^-1; 3) combined elevated CO₂ and N addition; and 4) control. We measured soil total organic carbon (TOC), particulate organic carbon (POC), readily oxidizable organic carbon (ROC), and microbial biomass carbon (MBC).

Results

Results showed that elevated CO₂ alone did not significantly affect soil TOC, POC and ROC after 4?years of treatment, but increased soil MBC and soil respiration compared to the control. N addition alone had no significant effect neither on soil TOC, POC and ROC, but decreased MBC and soil respiration over time. However, the elevated CO₂ and N addition together significantly increased soil POC and ROC, and had no significant effect on soil MBC.

Conclusions

This study indicated that even in N-rich subtropical forest ecosystems, inputs of N are still needed in order to sustain soil C accumulation under elevated CO₂.     

氮沉降下不同碳添加模式对亚热带毛竹林土壤激发效应的影响

激发效应(PE)在调控陆地土壤碳(C)循环中发挥着重要作用,但在氮(N)沉降日益严重的亚热带森林生态系统中,不同C添加模式对PE的影响尚不清楚。本研究通过添加¹³C标记的葡萄糖,进行90 d的室内培养试验,探究不同施N水平下(0、20、80 kg N·hm^-2·a^-1)C添加模式(单次C添加、重复C添加)对土壤PE的影响。结果表明: 不同模式葡萄糖添加均显著增加了土壤有机C(SOC)矿化,产生了正PE,且单次的葡萄糖添加比重复添加引起的PE更大;随着施N水平的增加,PE显著减弱,表明N沉降抑制了毛竹林土壤激发。相关分析显示,累积PE与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、过氧化物酶(PEO)活性呈显著负相关,与微生物生物量磷(MBP)、酸碱度(pH)呈显著正相关。综上,施N和C添加共同作用于土壤时,可以通过刺激亚热带森林中原生土壤有机质矿化而对土壤C储量产生强烈影响。本研究证明,单次C添加模式可能高估了外源易分解有机C对PE的影响,而忽略了N沉降对PE的影响,进而高估了森林SOC的矿化损失。     

Litter addition and understory removal influenced soil organic carbon quality and mineral nitrogen supply in a subtropical plantation forest

Plant and Soil - Aboveground litter inputs have been modified by global changes in plantation forests, where understory management is also prevalent, which may alter soil fertility and stand...     

林冠氮添加和林下植被去除对杉木林土壤有机碳组分的影响

为探讨氮添加和林下植被管理对杉木人工林土壤有机碳组分的影响,以福建沙县官庄国有林场杉木人工林为对象,设置对照（CK）、林冠氮添加（CN）、林下植被去除（UR）、林冠氮添加和林下植被去除（CNUR）4个处理的野外控制实验,研究林冠氮添加和林下植被去除对土壤总有机碳、惰性有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳的影响。结果表明：5年CN添加处理显著降低易氧化有机碳（10—20 cm）和微生物生物量碳（20—40 cm）含量,增加表层土壤颗粒有机碳占总有机碳的比例。UR处理对土壤有机碳组分的作用不显著,而CNUR处理显著降低表层土壤水溶性有机碳含量及其比例。土壤各有机碳组分均与土壤含水量、可溶性有机氮、微生物生物量氮和铵态氮呈显著正相关。研究表明,土壤活性有机碳比惰性有机碳对林冠氮添加（5年）的响应更敏感,且表现为中下层土壤响应大于表层土壤,短期氮添加能促进土壤活性有机碳的分解,而林下植被去除在短时间内可能通过改变土壤含水量和可利用氮减缓有机碳的分解与转化,从而补偿由于氮添加引起的土壤活性有机碳下降,未来需要通过长期氮添加实验进一步研究土壤有机碳动态变化的响应机制。     

氮添加对亚热带毛竹林土壤微生物群落结构的影响

氮沉降会影响森林生态系统地上(如植物生产力和组成)和地下特性(如土壤养分循环),进而影响土壤微生物群落结构和功能。本研究以亚热带戴云山毛竹林为对象,设置N0(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N20(20 kg N·hm^-2·a^-1)、N80(80 kg N·hm^-2·a^-1) 3个施氮水平,进行3年的氮沉降模拟实验。通过测定土壤基本理化性质、腐殖化指数和微生物磷脂脂肪酸等指标,研究氮添加对毛竹林土壤养分、腐殖化指数和微生物群落结构的影响。结果显示,N20显著增加土壤腐殖化指数,降低土壤中碱性阳离子总量(K⁺,Na⁺,Ca²⁺,Mg²⁺)、革兰氏阳性菌(G⁺)、革兰氏阴性菌(G^-)、总磷脂脂肪酸含量和G⁺/G^-。与N20相比,N80处理土壤NO₃^-     

凋落物中水溶性有机物和残渣对亚热带森林土壤氮素转化的影响

设置60%和90%WHC两种土壤水分条件,并添加凋落物过滤液、剩余残渣和丙氨酸,进行为期36 d的室内培养(25 ℃),研究了凋落物中水溶性有机物和残渣对土壤氮素转化的影响.结果表明: 在60%和90%WHC条件下,丙氨酸在土壤中迅速矿化,该处理的土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量分别比对照显著提高5.4%～44.7%和16.1%～41.3%,净氮矿化和氨化速率在培养前期也高于对照,而凋落物过滤液和残渣添加处理则降低了土壤NH₄⁺-N含量,且残渣的降幅大于过滤液.试验期间,土壤硝态氮(NO₃^--N)含量呈直线增长趋势,培养结束时60%WHC条件下NO₃^--N含量显著高于90%WHC.土壤水分含量增多不利于土壤有机质的矿化;90%WHC条件下可溶性有机碳(SOC)含量明显低于60%WHC,而土壤氧化亚氮(N₂O)排放量比60%WHC提高1.5～63.0倍,且在60%WHC条件下凋落物残渣添加处理显著促进了土壤N₂O的排放.凋落物在分解过程中的可溶性物质和剩余物对土壤氮的影响存在差异,且这种差异随分解而发生动态变化.