模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林凋落物养分输入量的早期影响

2007年11月至2010年12月对华西雨屏区苦竹人工林进行了模拟氮(N)沉降试验,氮沉降水平分别为：对照(0 g N.m_–2.a_–1),低氮(5 g N.m_–2.a_–1),中氮(15 g N.m_–2.a_–1),高氮(30 g N.m_–2.a_–1)。在氮沉降2 a后,于2010年1月开始收集各样方的凋落物样品,连续收集12个月,测定凋落物量和养分输入量。结果表明：氮沉降显著增加了凋落物量;同时显著增加了凋落叶中的N、P、K、Ca、Mg元素含量和这几种养分元素的年输入量。本研究表明模拟氮沉降处理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与保持苦竹林分的长期生长力具有重要的作用。     

模拟氮沉降对华西雨屏区撑绿 杂交竹凋落物分解的影响

从2008年1月至2010年1月,对华西雨屏区撑绿杂交竹(Bambusa pervariabilis × Dendrocala mopsi)人工林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g · m^-2 · a^-1)、低氮(5 g · m^-2 · a^-1)、中氮(15 g · hm^-2 · a^-1)和高氮(30 g · m^-2 · a^-1)。利用凋落袋法对杂交竹凋落叶和凋落箨进行原位分解试验,并在每月下旬定量地对各处理施氮(NH₄NO₃)。结果表明,自然状态下杂交竹凋落叶和凋落箨分解95%所需时间分别为2.9,1.5 a;氮沉降显著抑制了凋落叶的分解,在分解后期3个氮沉降处理凋落叶无灰分质量残留率均显著大于对照,氮沉降对凋落箨分解无明显影响;氮沉降显著抑制了凋落叶中木质素和纤维素的分解。杂交竹凋落叶在分解后期质量损失缓慢,处于较稳定状态,氮沉降的增加使得凋落物的残留率稳定在一个更高的水平,表明氮沉降的增加可能会使更多的凋落物残体和稳定有机质留存于杂交竹林土壤中,从而增加杂交竹林土壤碳贮存。     

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中基质质量的影响

为理解氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程的影响,采用立地控制实验和凋落物分解袋法,研究了低氮沉降(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))对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中基质质量的影响。结果表明:N沉降抑制了凋落叶的分解,并随着N沉降量的增加,抑制作用增强。N沉降遏制了凋落叶的C、N释放和纤维素降解,促进了P释放。N沉降提高了凋落叶的C/P比,中氮和高氮处理提高了凋落叶C/N比。N沉降显著增加了凋落叶N、木质素和纤维素的含量,分解1年后,各N沉降处理的木质素/N和纤维素/N均显著高于对照。N沉降提高了质量残留率与C/N、木质素/N和纤维素/N的相关性,降低了与C/P的相关性。可见,模拟N沉降显著影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中的基质质量,进而影响了凋落叶的分解过程。     

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.     

华西雨屏区亮叶桦凋落叶分解对模拟氮沉降的响应

从2008年1月至2009年2月, 对华西雨屏区亮叶桦(Betula luminifera)人工林进行了模拟氮(N)沉降试验, N沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低N (5 g N·m^-2·a^-1)、中N (15 g N·m^-2·a^-1)和高N (30 g N·m^-2·a^-1)。利用凋落袋法对亮叶桦凋落叶进行原位分解试验, 并在每月下旬定量地对各处理施N (NH₄NO₃)。结果表明, 虽然华西雨屏区大气N沉降量较高, 但模拟N沉降试验表明: 在N沉降继续增加的情况下, 凋落叶分解这一碳(C)循环和养分循环过程仍会受到显著影响。在1年的分解试验中, 模拟N沉降显著抑制了亮叶桦凋落叶的分解, N沉降处理使得凋落叶质量损失95%的时间在2.65年的基础上增加了1.14-1.96年。N沉降抑制凋落叶分解的原因在于无机N的富集对木质素和纤维素的分解造成阻碍。N沉降处理也导致C、N、磷、钾和镁元素在凋落物中的残留量增加, 但N沉降加速了钙元素的释放。凋落物基质化学特性在很大程度上决定了凋落物分解对N沉降的响应方向, 以及凋落物分解过程中各元素的动态变化。     

模拟氮沉降对两种竹林不同凋落物组分分解过程养分释放的影响

利用原位分解袋法研究了华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)和撑绿杂交竹(Bambusa pervariabilis × Dendrocala mopsi)人工林几种凋落物组分在模拟氮沉降下分解过程中养分释放状态,试验周期为2 a。氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g · m^-2 · a^-1)、低氮(5 g · m^-2 · a^-1)、中氮(15 g · m^-2 · a^-1)和高氮(30 g · m^-2 · a^-1),每月下旬定量地对各处理施氮(NH₄NO₃)。结果表明,苦竹林和杂交竹林凋落物主要由凋落叶、凋落箨和凋落枝组成,其中凋落叶约占80%;两个竹种凋落物在分解过程中养分元素释放的种间差异主要与初始养分元素含量有关;凋落物养分元素初始含量对元素释放模式和最终净释放率的大小具有重要的决定作用;目前,这两种竹林生态系统土壤氮输入主要以大气氮沉降(8.24 g · m^-2 · a^-1)为主,同时凋落物氮输入(苦竹和杂交竹林分别为1.93,5.07 g · m^-2 · a^-1)也是一个重要途径;模拟氮沉降对苦竹凋落物碳、磷、钾、钙元素和杂交竹凋落物碳、氮、磷、钾、钙、镁元素释放的抑制作用较弱,处理与对照之间元素总释放率差异一般小于10%;氮沉降显著抑制了苦竹林凋落物氮元素释放,减小幅度为19.0%-27.2%,但由于氮沉降增加对土壤肥力的直接改良作用,氮沉降的增加并不会因为凋落物分解速率的降低造成植物生长所需养分供应的减少;从短期来看,在氮沉降继续增加的情况下,该地区这类竹林生态系统的碳吸存能力仍可能会因为N沉降对植物生长的促进作用而增加。     

模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响

从2013年11月至2015年5月,采用凋落物分解袋法,设置了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(A)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NA)6个处理水平,研究了模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响。结果表明:华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解较快,凋落枝分解较慢;凋落物夏季分解较快,其他季节分解较慢。经过18个月的分解后,凋落叶和枝的质量残留率分别为45.86%和86.67%,凋落叶分解50%需要的时间为1.42 a,比枝短6.19 a。各处理凋落物叶分解系数表现为:k(A)k(CK)k(NA)k(N)k(R)k(NR),凋落枝质量残留率表现为:NNRRNACKA。模拟氮沉降、减雨和增雨处理凋落叶分解50%分别需要1.79、1.94a和1.36a,凋落枝分解50%分别需要8.84、8.63 a和6.47 a。各处理凋落叶分解95%需要5.37—11.33 a,凋落枝分解95%需要27.41—33.84 a。同一氮沉降条件下,增雨处理促进凋落叶分解,减雨处理抑制凋落叶分解;同一降雨条件下,氮沉降抑制凋落叶分解。氮沉降或降雨对凋落物的分解产生显著影响(P0.05),其交互作用影响不显著(P0.05)。可见,在氮沉降持续增加和降雨格局改变的背景下,增雨促进了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物的分解,氮沉降和减雨抑制了凋落物的分解,模拟氮沉降和降雨对凋落物的分解交互作用表现不明显。     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林土壤呼吸的影响

2007年12月至2008年11月,在华西雨屏区采用0(对照)、50、150、300kg.hm-2.a-1施氮处理和红外CO2分析法,研究了模拟N沉降对慈竹林土壤呼吸特征的影响.结果表明:慈竹林土壤呼吸速率年内季节变化呈明显的单峰型曲线,7月末最高,为(3.36±0.20)μmol.m-2.s-1,2月末最低,为(0.33±0.07)μmol.m-2.s-1.土壤呼吸速率与土壤温度之间呈极显著指数相关(P0.001),10cm深的土壤温度解释了土壤呼吸速率季节变化的91.6%;而土壤含水量与土壤呼吸之间相关性不显著(R2=0.0758).2008年6—11月根呼吸对土壤总呼吸的贡献率在46%～59%.50、150和300kg.hm-2.a-1施氮处理的年CO2释放量分别比对照低23.6%、46.7%和50.5%.0、50、150和300kg.hm-2.a-1施氮处理的土壤呼吸速率Q10值分别为3.72、3.51、2.95和2.71.     

模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林土壤有机碳和养分的影响

从2007年11月至2009年10月, 对华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)人工林进行了模拟氮(N)沉降试验, N沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低N (5 g N·m^-2·a^-1)、中N (15 g N·m^-2·a^-1)和高N (30 g N·m^-2·a^-1)。在N沉降进行1年后, 每月采集各样方0-20 cm的土壤样品, 连续采集12个月, 测定其土壤总有机C、微生物生物量C、浸提性溶解有机C、活性C、全N、微生物生物量N、NH₄⁺-N、NO₃^--N、有效P和速效K。结果表明: N沉降显著增加了土壤总有机C、微生物生物量C、全N、微生物生物量N、NH₄⁺-N和有效P含量, 对其余几个指标无显著影响。土壤微生物生物量C和微生物生物量N的季节变化明显, 并与气温极显著正相关。土壤有效P、速效K与微生物生物量C、微生物生物量N呈极显著负相关关系。N沉降提高了土壤中C、N、P元素的活性, 并通过微生物的转化固定作用使得C、N、P元素在土壤中的含量增加。苦竹林生态系统处于N限制状态, 土壤有机C和养分对N沉降呈正响应, N沉降的增加可能会提高土壤肥力并促进植被的生长, 进而促进生态系统对C的固定。     

华西雨屏区苦竹林土壤呼吸对模拟氮沉降的响应

2007年11月至2008年11月, 对华西雨屏区苦竹(Pleioblastus amarus)人工林进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1)。每月下旬, 采用红外CO₂分析法测定土壤呼吸速率, 并定量地对各处理施氮(NH₄NO₃)。结果表明: 2008年试验地氮沉降量为8.241 g·m^-2, 超出该地区氮沉降临界负荷。在生长季节, 苦竹林根呼吸占总土壤呼吸的60%左右。模拟氮沉降促进了苦竹林土壤呼吸速率, 使苦竹林土壤每年向大气释放的CO₂增加了9.4%~28.6%。在大时间尺度上(如1 a), 土壤呼吸主要受温度的影响。2008年6~10月, 土壤呼吸速率24 h平均值均表现为: 对照<低氮<中氮<高氮。氮沉降处理1 a后, 土壤微生物呼吸速率和土壤微生物生物量碳、氮增加, 并且均与氮沉降量具有相同趋势。各处理土壤呼吸速率与10 cm土壤温度、月平均气温呈极显著指数正相关关系, 利用温度单因素模型可以解释土壤呼吸速率的大部分。模拟氮沉降使得土壤呼吸Q₁₀值增大, 表明氮沉降可能增强了土壤呼吸的温度敏感性。在氮沉降持续增加和全球气候变暖的背景下, 氮沉降和温度的共同作用可能使得苦竹林向大气中排放的CO₂增加。     

华西雨屏区苦竹林土壤酶活性对模拟氮沉降的响应

2007年11月-2009年5月,对华西雨屏区苦竹人工林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为：对照(0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1).在氮沉降进行半年后,每月采集各样方0～20 cm土壤样品,测定其土壤酶活性,连续测定1年.结果表明：苦竹人工林样地中6种土壤酶活性的季节变化较明显,蔗糖酶、纤维素酶和酸性磷酸酶活性的高峰期出现在春季,脲酶活性高峰期出现在秋季,而过氧化物酶和多酚氧化酶活性高峰期出现在冬季;氮沉降增加了苦竹林土壤中木质素分解酶和碳、氮、磷分解相关酶（多酚氧化酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶）的活性,抑制了纤维素酶活性,而对过氧化物酶的影响不显著;苦竹林生态系统处于一种氮限制状态,氮沉降刺激了微生物-酶系统对土壤有机质的分解.     

模拟氮沉降对华西雨屏区光皮桦林土壤酶活性的影响

在华西雨屏区光皮桦(Betula luminifera)人工林内设置不同氮沉降水平(0、5、15和30 g N·m-2·a-1)的模拟氮沉降试验,研究氮沉降对林地土壤酶活性的影响.结果表明:模拟氮沉降促进了光皮桦人工林土壤中水解酶(蔗糖酶、纤维素酶、酸性磷酸酶和脲酶)活性,抑制了氧化酶(多酚氧化酶和过氧化物酶)活性.土壤水解酶活性的增强预示着在活性氮增加的情况下,光皮桦和土壤微生物对碳、磷元素的需求增加.外源无机氮的增加显著降低了土壤多酚氧化酶和过氧化物酶的活性,可能导致凋落物分解受到抑制,促进凋落物在土壤中的积累,并通过抑制土壤有机质的分解增加土壤中碳的贮存量.     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林土壤活性有机碳库和根生物量的影响

从2008年1月起,对华西雨屏区慈竹(Neosinocalamus affinis)人工林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK,0 g.m-.2a-1)、低氮(5 g.m-.2a-1)、中氮(15 g.m-.2a-1)和高氮(30 g.m-.2a-1)。在模拟氮沉降1.5 a后,按土层深度取土样和根样,测定不同深度土壤活性有机碳含量和根生物量。结果表明,华西雨屏区慈竹林土壤有机碳、微生物量碳、浸提性溶解有机碳和活性碳含量均随土层深度的增加而减少。氮沉降显著减少了土壤微生物量碳和活性碳含量,显著增加了浸提性溶解有机碳含量,并使得土壤碳库管理指数减小。同时,慈竹林根密度在氮沉降条件下减少了12%-14%。说明氮沉降的增加减少了土壤有机碳中的活性部分,增加了土壤有机碳的淋溶流失,降低了慈竹林土壤碳库质量。同时,根系生物量的减少,间接影响了土壤微生物活动和土壤碳周转过程。在未来氮沉降持续增加的背景下,慈竹林土壤对碳的保持能力可能会下降。     

模拟氮沉降对华西雨屏区撑绿杂交竹林土壤呼吸的影响

2008年1月至2009年2月,对华西雨屏区撑绿杂交竹（Bambusa pervariabilis × Dendrocala mopsi）人工林进行模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK, 0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1),采用红外CO₂分析法测定土壤呼吸速率.结果表明： 杂交竹林土壤呼吸呈明显的季节变化,7月最高,1月最低.对照样方土壤呼吸年累积量为(389±34) g C·m^-2·a^-1.土壤呼吸速率与10 cm土壤温度和气温呈极显著正指数关系,与微生物生物量碳、氮呈极显著正线性关系.模拟氮沉降显著促进了土壤呼吸,低氮、中氮处理与对照之间差异达显著水平,但高氮处理与对照之间差异不显著.自然状态下,杂交竹林土壤表层微生物生物量碳和氮分别为0.460和0.020 mg·g^-1,而所有氮处理中土壤微生物生物量碳和氮均显著增加.杂交竹林土壤表层(0～20 cm)细根密度为388 g·m^-2,模拟氮沉降对杂交竹林细根密度的影响不显著.基于土壤10 cm深度温度和空气温度计算的杂交竹林土壤呼吸Q₁₀值分别为2.66和1.87,短期模拟氮沉降并未显著影响土壤呼吸温度敏感性.杂交竹林土壤呼吸变异主要受温度和微生物生物量的控制,模拟氮沉降可能通过增加土壤微生物生物量促进了该系统土壤CO₂排放.     

模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林细根特性和土壤呼吸的影响

细根在森林生态系统地下碳循环过程中具有核心地位.2007年11月-2009年11月,对华西雨屏区苦竹人工林进行了模拟氮沉降试验.氮沉降水平分别为对照(CK,0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1)处理,研究氮沉降对苦竹人工林细根和土壤根际呼吸的影响.结果表明：不同处理氮沉降下,<1 mm和1～2 mm细根特性差异较大,与< 1 mm细根相比,1～2 mm细根的木质素、磷和镁含量更高,而纤维素、钙含量更低;氮沉降显著增加了<2 mm细根生物量,对照、低氮、中氮和高氮处理的细根生物量分别为(533±89)、(630±140)、(632±168)和(820±161) g·m^-2,氮、钾、镁元素含量也明显增加;苦竹林各处理年均土壤呼吸速率分别为(5.85±0.43)、(6.48±0.71)、(6.84±0.57)和(7.62±0.55) t C·hm^-2·a^-1,氮沉降对土壤呼吸有明显的促进作用;苦竹林的年均土壤呼吸速率与<2 mm细根生物量和细根N含量呈极显著线性相关.氮沉降使细根生物量和代谢强度增加,并通过增加微生物活性促进了根际土壤呼吸.