氮沉降对杉木人工林土壤有机碳矿化和土壤酶活性的影响

为探讨氮沉降对亚热带森林土壤有机碳矿化及土壤酶活性的影响规律,在杉木人工林中开展了野外模拟N沉降试验。试验设计为4种处理,分别为N0（对照）、N1（60 kg N?hm-2?a-1）、N2（120 kg N?hm-2?a-1）和N3（240 kg N?hm-2?a-1）,每处理重复3次。通过28 d的培养后发现,各土层有机碳日均矿化量随培养时间的延长呈下降趋势,而有机碳累计矿化量则逐步增加。不同氮沉降处理下各土层有机碳累计矿化量总体趋势表现为：随着氮沉降量的增加而降低,日均矿化量降低幅度以N1最大,其次是N0和N2,N3降幅最小。相同N沉降处理下,参与土壤碳循环的6种主要酶（蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化物酶）活性、土壤有机碳日均矿化量和有机碳累计矿化量均随土层加深而降低。氮沉降对6种土壤酶活性的影响存在差异,对纤维素酶和多酚氧化酶具有促进作用,而对淀粉酶和过氧化物酶表现出一定的抑制作用;中-低氮沉降（N1、N2）对蔗糖酶无影响,而对β-葡糖苷酶具有促进作用,高氮沉降（N3）促进了蔗糖酶活性,但抑制了β-葡糖苷酶活性。表层土壤中,土壤有机碳累积矿化量与土壤纤维素酶、β-葡糖苷酶、过氧化物酶活性呈显著正相关。因此,氮沉降促进了表层土壤纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的活性,但在一定程度上抑制了淀粉酶和过氧化物酶,对土壤有机碳矿化也表现出明显的抑制作用。     

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.     

川南天然常绿阔叶林土壤酶活性特征及其对模拟N沉降的响应

通过原位进行低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg N·hm-2·a-1)处理,研究了川南天然常绿阔叶林土壤酶活性特征及其对模拟N沉降的响应.结果表明,森林土壤过氧化氢酶、脲酶、纤维素酶和蔗糖酶的活性在垂直分布上均表现为0～10 cm土层高于10～20 cm土层;各种土壤酶活性的季节变化明显,但土壤酶活性还因取样时间和土层不同而异.其中,0～10 cm和10～20 cm土层中过氧化氢酶活性高峰均出现在秋季(92 d);0～10 cm土层中脲酶活性高峰出现在秋季,而10～20 cm土层中脲酶活性高峰出现在冬季(183 d);0～10 cm和10～20 cm土层中土壤纤维素酶活性高峰则出现在翌年春季(274 d);0～10 cm土层中蔗糖酶活性有两个高峰,分别出现在秋季和翌年春季;而10～20 cm土层中蔗糖酶活性只有一个高峰,出现在翌年春季.总体上,常绿阔叶林中不同土壤酶活性对N沉降的响应有所差异.其中,N沉降降低了常绿阔叶林土壤纤维素酶和过氧化氢酶活性,增加了土壤脲酶和蔗糖酶活性.不同浓度N处理间酶活性表现出了不同程度的差异性,但其变化的规律还不明显.     

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。     

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。     

不同氮沉降水平下两种林型的主要土壤酶活性

模拟研究了天然阔叶红松林和天然次生杨桦林不同氮沉降（0、25和50 kg N·hm^-2·a^-1)水平下土壤酶活性(纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶)的变化趋势.结果表明：氮沉降增加对土壤酶活性的作用与林分类型有关,短期施氮可以显著影响土壤酶的活性;高氮沉降降低了土壤多酚氧化酶活性,且随着多酚氧化酶活性的降低,两种林型土壤纤维素酶和蔗糖酶活性也有降低的趋势.     

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。     

间伐对华北落叶松人工林土壤活性有机碳含量及酶活性的影响

本研究以太岳山华北落叶松人工林为对象,研究间伐对土壤活性有机碳及相关土壤酶活性的影响.结果表明: 随着土壤深度的增加,土壤活性有机碳含量、土壤氮含量和酶活性降低;同一土层中,中度间伐下土壤碳、氮养分含量显著增加.在0～10 cm土层,轻度间伐处理下蔗糖酶和过氧化物酶活性显著增加,中度间伐处理下多酚氧化酶和脲酶活性显著增加;在10～50 cm土层,轻度间伐处理下蔗糖酶和脲酶活性降低,中度间伐处理下纤维素酶活性显著降低;冗余分析显示,溶解性有机碳在0～10和20～30 cm土层是影响土壤酶活性的主要因素;在10～20 cm土层中,土壤有机碳是影响多酚氧化酶和蔗糖酶的主要因素;在30～40 cm土层,微生物生物量氮主要影响多酚氧化酶、过氧化物酶和脲酶活性,土壤全磷和易氧化有机碳对40～50 cm土层土壤酶活性起着重要的作用.间伐对华北落叶松人工林土壤活性有机碳含量和土壤酶活性有显著影响,中度间伐处理下土壤养分含量总体最高,土壤pH、含水率、有机质含量等化学性质优于其他几种处理,能较好地改善林下植被、枯落物及养分循环过程.因此,建议对落叶松人工林进行适度密度调整(1404～1422 trees·hm^-2),以促进碳、氮养分在土壤中的固存.     

黄河三角洲滩地不同造林模式的土壤酶活性

该文对东营市垦利县柽柳(Tamarix chinensis)林、枣(Ziziphus jujuba)园、旱柳(Salix matsudana)林、刺槐(Robinia pseudoacacia)林、白蜡(Fraxinus chinensis)林、桑(Morus alba)园土壤酶活性及其与土壤化学性质和土壤微生物的关系进行了分析。结果表明:在土壤空间上,脲酶和过氧化物酶活性随土层的增加而减小,多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性在土层之间变化不明显。过氧化氢酶与脲酶和多酚氧化酶显著相关,脲酶与多酚氧化酶呈负相关。不同造林模式对土壤过氧化氢酶和过氧化物酶影响不大,对脲酶和多酚氧化活性有显著的影响。各种造林模式增加了脲酶的活性,均高于柽柳林;减小了多酚氧化酶的活性,除刺槐林外,均显著低于柽柳林;而造林模式对过氧化物酶和过氧化氢酶的影响较小。土壤酶活性与土壤养分有一定的相关,其中脲酶与全氮、有机质显著正相关,与速效氮正相关;多酚氧化酶与速效钾正相关,而过氧化氢酶与全氮、速效磷和有机质呈负相关,与土壤pH值相关性不显著;与微生物的相关系数不大,其中脲酶与固氮菌、纤维素分解菌显著正相关,与细菌正相关;多酚氧化酶与固氮菌和细菌负相关;过氧化氢酶与固氮菌显著负相关,与纤维素分解菌负相关。脲酶和多酚氧化酶可以作为滩地土壤质量评价的指标。     

杉木人工林取代天然次生阔叶林对土壤生物活性的影响

对我国亚热带南、中、北3个区带杉木人工林与天然次生阔叶林表层土壤化学性状、土壤生物活性特征进行研究.结果表明,杉木人工林取代天然次生林阔叶林后表层土壤总有机碳含量下降31.51%～58.24%,土壤全氮、全磷、pH值以及土壤C/N、C/P比亦呈下降趋势;杉木人工林取代天然次生阔叶林后表层土壤细菌、真菌数量减少;土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性下降,而土壤多酚氧化酶活性增加8%～40%;杉木人工林与天然次生林阔叶林相比,土壤呼吸强度下降51.15%～54.48%.相关分析发现,土壤总有机碳与土壤多酚氧化酶活性呈负相关(R=-0.723,n=18),与土壤全氮、全磷及其它土壤酶活性呈正相关.杉木人工林取代天然次生林阔叶林使林内表层土壤质量恶化.杉木人工林土壤有机质丢失是导致杉木人工林土壤养分减少、土壤生物活性下降的重要原因.     

Response of litter decomposition and related soil enzyme activities to different forms of nitrogen fertilization in a subtropical forest

With the continuing increase in the impact of human activities on ecosystems, ecologists are increasingly becoming interested in understanding the effects of nitrogen deposition on litter decomposition. At present, numerous studies have investigated the effects of single form of nitrogen fertilization on litter decomposition in forest ecosystems. However, forms of N deposition vary, and changes in the relative importance of different forms of N deposition are expected in the future. Thus, identifying the effects of different forms of N deposition on litter decomposition in forest ecosystems is a pressing task. In this study, two dominant litter types were chosen from Zijin Mountain in China: Quercus acutissima leaves from a late succession broad-leaved forest and Pinus massoniana needles from an early succession coniferous forest. The litter samples were incubated in microcosms with original forest soil and treated with four different forms of nitrogen fertilization [NH₄ ⁺, NO₃ ⁻, CO(NH₂)₂, and a mix of all three]. During a 5-month incubation period, litter mass losses, soil pH values, and soil enzyme activities were determined. Results show that all four forms of nitrogen fertilization significantly accelerate litter decomposition rates in the broadleaf forest, while only two forms of nitrogen fertilization [i.e., mixed nitrogen and CO(NH₂)₂] significantly accelerate litter decomposition rates in the coniferous forest. Litter decomposition rates with the mixed nitrogen fertilization were higher than those in any single form of nitrogen fertilization. All forms of nitrogen fertilization enhanced soil enzyme activities (i.e., catalase, cellulase, invertase, polyphenol oxidase, nitrate reductase, urease, and acid phosphatase) during the litter decomposition process for the two forest types. Soil enzyme activities under the mixed nitrogen fertilization were higher than those under any single form of nitrogen fertilization. These results suggest that the type and activity of the major degradative enzymes involved in litter decomposition vary in different forest types under different forms of nitrogen fertilization. They also indicate that a long-term consequence of N deposition-induced acceleration of litter decomposition rates in subtropical forests may be the release of carbon stored belowground to the atmosphere.     

模拟增温对川西亚高山两类针叶林土壤酶活性的影响

采用开顶式生长室(open top chamber,OTC)模拟增温,同步监测了亚高山人工针叶林和天然针叶林表层土壤温、湿度的变化,以及模拟增温初期土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的变化.结果表明：在整个生长季节中,OTC使人工林和天然林5 cm土壤日平均温度分别增加0.61 ℃和0.56 ℃,10 cm体积含水量分别下降4.10%和2.55%;模拟增温增加了土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性.增温与林型的交互作用对土壤脲酶和过氧化氢酶活性有显著影响,而对转化酶和多酚氧化酶影响不显著.增温对过氧化氢酶活性的影响与季节变化相关.在各处理下,天然林土壤酶活性显著高于人工林.土壤酶活性季节动态与土壤温度有着较大相关性,而与土壤水分季节变化关系不明显.模拟增温易于增加土壤酶活性,但增温效应和林型、酶种类和季节变化有一定关系;亚高山针叶林土壤酶活性主要受控于土壤温度,而与土壤水分关系不大.     

川西亚高山不同森林生态系统碳氮储量及其分配格局

森林采伐和恢复是影响森林碳氮储量的重要因素。以川西亚高山岷江冷杉原始林、粗枝云杉阔叶林、天然次生林和粗枝云杉人工林为研究对象,采用样地调查和生物量实测的方法,研究了不同森林生态系统各组分碳、氮储量及其分配特征。结果表明岷江冷杉原始林、粗枝云杉阔叶林、天然次生林和粗枝云杉人工林生态系统碳储量分别为611.18、252.31、363.07 tC/hm~2和239.06 tC/hm~2;氮储量分别为16.44、12.11、15.48 tN/hm~2和8.92 tN/hm~2。恢复林分与原始林碳储量在土壤—植被的分配格局发生了变化,而氮储量未发生变化。岷江冷杉原始林以植被碳储量为主,恢复林分以土壤为主,氮储量均以土壤为主。乔木层碳储量分别占生态系统总储量的56.65%、17.63%、13.57%和22.05%,土壤层(0—80 cm)分别占32.03%、69.87%、76.20%和72.12%;土壤层氮储量占生态系统总储量的76.80%—92.58%。植物残体碳氮储量分别占生态系统总储量的4.40%—9.83%和2.94%—7.08%,林下植被所占比例最小。空间格局上,岷江冷杉原始林植被部分具有较高的碳储量,应进行保护。3种恢复林分具有较高的碳汇潜力,且地上/地下碳储量较低,表明其碳汇潜力尤其表现在地上部分。天然次生林利于土壤有机碳的积累,而人工林乔木层碳储量较高。     

南亚热带格木、马尾松幼龄人工纯林及其混交林生态系统碳氮储量

研究比较了南亚热带6年生格木(Erythrophleum fordii)、马尾松(Pinus massoniana)幼龄人工纯林及马尾松与格木混交林生态系统碳氮储量及其分配特征。结果表明,生态系统总碳储量依次为马尾松-格木混交林(137.75 t/hm2)格木纯林(134.07 t/hm2)马尾松纯林(131.10 t/hm2),总氮储量则为格木纯林(10.19 t/hm2)马尾松-格木混交林(8.68 t/hm2)马尾松纯林(7.01 t/hm2)。3种人工林生态系统碳氮库空间分布基本一致,绝大部分储存于0—100 cm土壤层,平均占生态系统总储量的81.49%和96.91%,其次为乔木层(分别占17.52%和2.69%),林下植被和凋落物层所占比例最小。林地土壤碳主要集中于表土层,其中0—30 cm土层平均碳储量为52.52 t/hm2,占土壤总碳储量(0—100 cm)的47.99%,土壤氮的分布则无明显规律。相比于纯林,与固氮树种混交的营林方式表现出更大的碳储存能力。3种幼龄人工林生态系统较低的地上与地下部分碳氮分配比,表明其仍具有较强的碳氮固持潜力。