杉木人工林凋落物生态化学计量与土壤有效养分对长期模拟氮沉降的响应

凋落物分解的快慢和养分释放的速度决定了生态系统中土壤有效养分的供应。探讨全球变化条件下森林生态系统凋落物与土壤养分的变化规律,有利于深入认识凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,从而揭示生态系统C、N、P循环。通过模拟氮沉降增加试验,分4个水平处理,分别为0、60、120、240 kg N hm~(-2)a~(-1)。模拟氮沉降13年后,分析了杉木人工林凋落物中不同组分(落叶、落枝、落果)生态化学计量与土壤有效养分(有效氮、碱解氮、速效磷、速效钾)的关系。结果表明:氮沉降(N1、N2和N3)显著提高了落叶和落枝的N含量,平均增幅分别为35.27%和32.21%;高水平氮沉降(N3)处理显著降低了落叶和落枝的C/N,平均降幅分别为25.95%和22.32%,但N3增加了落枝和落果N/P,平均增幅分别为38.4%和31.7%;氮沉降对凋落物各组分的C、P和C/P均影响不显著。氮沉降处理显著增加了土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量,均表现为N3N2N1N0,其中NO_3~--N含量更容易受氮沉降处理的影响,表现为更大的增幅。N2显著增加0—20 cm土层的碱解氮含量,N1显著降低0—20 cm土层的速效钾,但氮沉降对速效磷含量没有影响。凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间的Pearson相关和冗余分析(RDA)表明,凋落物生态化学计量与土壤有效养分之间关系紧密,凋落物P含量(蒙特卡罗检验,P=0.018)和C/P比值(P=0.037)对土壤有效养分影响显著。凋落物中C/N比值、C/P比值与土壤有效养分呈显著负相关,其比值越高越不利于土壤有效养分的累积。     

长期氮沉降下杉木人工林凋落物与土壤的C、N、P化学计量特征

为研究长期氮沉降条件下林木凋落物与土壤养分之间的关系,该文以亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,分析了模拟氮沉降处理第12年时杉木林凋落物不同组分(叶、枝、果)与不同土层土壤(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)的C、N、P含量及其化学计量比。氮沉降处理分4个水平,分别为N0(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N1(60 kg N·hm^-2·a^-1)、N2(120 kg N·hm^-2·a^-1)、N3(240 kg N·hm^-2·a^-1),每处理重复3次。结果表明:(1)凋落物各组分的C、N、P含量及其化学计量比均高于土壤;凋落物和土壤化学计量比均表现为C/P>C/N>N/P;凋落物不同组分的C、N含量表现为叶>果>枝,而P含量表现为叶>枝>果。(2) 12 a氮沉降增加了凋落物叶、枝和果的N含量,增幅分别为4.24%、1...     

Responses of nitrogen and phosphorus resorption from leaves and branches to long-term nitrogen deposition in a Chinese fir plantation

为了解森林养分内循环对全球变化的响应, 基于长期模拟氮沉降试验, 研究了杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林不同龄级(一年生、二年生和衰老)叶和枝的氮(N)、磷(P)养分分配及其再吸收特征, 并分析了不同模拟N沉降处理时间(7年和14年)杉木叶N、P养分再吸收差异。在12年生杉木中开展模拟N沉降试验, 以尿素(CO(NH₂)₂)为N源, 设N0、N1、N2和N3 4个处理水平, 施氮量分别为0、60、120和240 kg·hm ^-2·a ^-1, 每个处理重复3次。结果表明: (1)叶和枝在衰老过程中碳(C)、N和P含量逐渐降低, 且叶的C、N和P含量比枝高; N含量大小依次为一年生叶>二年生叶>衰老叶>一年生枝>二年生枝>衰老枝, 且N3 > N2 > N1 > N0, 而C:N则呈现相反的趋势; 衰老器官的C:N、C:P、N:P比新鲜器官高; N沉降增加了不同龄级叶和枝(除二年生叶外)的N、N:P和C:P, 但降低了P和C:N。(2)叶和枝的N、P养分再吸收率(RE_N、RE_P)随龄级的增加至衰老有规律地递减, 且RE_P > RE_N; 受长期N沉降的影响, RE_N叶(28.12%) <枝(30.00%), 而RE_P则为叶(45.82%) >枝(30.42%); 杉木叶和枝N:P与RE_N:RE_P之间存在极显著的线性相关关系。(3)随N沉降处理时间的增加, 叶RE_N呈降低态势, 各处理(N1、N2和N3)分别降低了9.85%、3.17%和11.71%; 而RE_P则明显上升, 分别增加了71.98%、42.25%和9.60%。研究结果表明: 不同器官、不同龄级的养分再吸收率随氮沉降处理的水平、处理时间而所有不同; RE_N:RE_P与N:P之间存在紧密关系。     

亚热带杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林生长与土壤养分对氮沉降的响应

为探讨亚热带森林对氮沉降增加的响应,项目在杉木人工林中开展了野外模拟N沉降试验,分N0(对照)、N1、N2、N3等4种处理,N沉降量分别为0、60、120、240(kgNhm-2a-1)。通过3a的研究发现,中高氮处理(N2、N3)明显促进了杉木胸径的生长,而低氮处理(N1)则没有产生明显影响。氮沉降对树高生长也有明显的促进作用,但随着氮沉降水平的增加其影响有减弱趋势。通过各水平N处理后,杉木年平均蓄积增长量分别为28.82、28.96、32.63m3hm-2和33.68m3hm-2,表明N沉降在一定程度上增加了林分蓄积量的积累,但处理之间的差异没有达到统计上的显著性水平。随着氮沉降水平的增加,NH4 -N和NO3--N含量明显上升,而土壤pH值、有机质、速效P、速效K和交换性Ca、Mg含量则呈下降趋势。杉木针叶养分状况对氮沉降的响应也比较敏感,N1、N2、N3处理使针叶平均N含量分别增加18.25%、11.68%和13.14%,但对P、K、Ca、Mg含量表现出一定的抑制作用。     

模拟氮沉降对杉木幼苗养分平衡的影响

为研究氮沉降对植物养分平衡的影响,对1a生杉木（Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook.）幼苗进行了室内模拟试验。以NH4NO3作为外加氮源,设计了N0（0 g N m-2?a-1）、N1（6 g N m-2?a-1）、N2（12 g N m-2?a-1）、N3（24 g N m-2?a-1）和N4（48g N m-2?a-1）等5种氮沉降水平,每处理重复6次。通过1a的试验发现,杉木幼苗叶、茎、粗根和细根中的N、K、Mg含量随氮处理水平的增加而上升,但Ca在各器官中的含量则呈下降趋势;中低氮（N1,N2）对叶、茎和粗根中P的含量表现为促进作用,而高氮（N3,N4）则表现为抑制作用。幼苗各器官中的N与其他养分元素的比值随氮处理水平的增加而普遍升高,但粗根中的N/K、N/Mg则表现为下降。与对照（N0）相比,在N1、N2、N3、N4处理中,幼苗对外加氮素的表观利用率分别为60.7%、57.9%、43.3%和27.9%,随氮处理水平增加,利用率呈明显下降趋势。随着氮处理水平的增加,幼苗体内的氮分配到叶和细根中的比例增加,而分配到茎和粗根中的比例下降。因此,氮沉降明显增加了杉木幼苗各器官的氮含量,影响了幼苗的养分平衡。     

杉木人工林凋落物分解对氮沉降的响应

凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程,是全球碳（C）收支的一个重要主要组成部分,正受到全球大气氮（N）沉降的深刻影响。探讨大气氮沉降条件下森林凋落物的分解,有利于揭示森林生态系统C平衡和养分循环对全球变化的响应。选择福建沙县官庄林场1992年栽种的杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林为研究对象,自2004年开始野外模拟氮沉降试验,至今12年。氮沉降处理分4个水平,N0、N1、N2和N3分别为0、60、120、240 kg N hm^-2 a^-1。2015年12月开展分解袋试验,对经过氮沉降处理12年的凋落物（叶、枝、果）进行模拟原位分解,每3个月收回一次分解袋样品,为期2年,同时测定凋落物干物质残留量及其C、N和磷（P）含量。结果表明,经2年分解后,氮沉降条件下凋落物叶、枝和果的干物质残留率平均值分别为27.68%、47.02%和43.18%,说明分解速率大小依次为叶 > 果 > 枝。凋落物叶、枝和果的分解系数平均为0.588、0.389和0.455,周转期（分解95%年限）分别为4-5年、6-8年和5-7年。低-中氮处理（N1和N2）均促进凋落物叶、枝和果的分解,以N1的效果更明显,而N3起到抑制作用。N1处理的凋落物叶、枝和果的周转期分别为：4.50年、6.09年和5.85年,N2处理的分别为4.95年、8.16年和6.19年。模拟氮沉降在一定程度上增加了凋落物叶、枝和果分解过程中的N和P含量,但降低了C含量。凋落物叶、枝和果分解过程中C元素呈现释放-富集-释放模式,N和P元素呈现释放与富集交替,除枝的N元素外,其他均表现为释放量大于富集量。     

氮沉降对杉木人工林土壤可溶性有机质数量和结构的影响

氮沉降作为现在乃至未来气候变化的趋势之一,其可能深刻影响土壤可溶性有机质的数量和结构。选取我国中亚热带杉木人工林不同深度土壤（0-10 cm和10-20 cm）进行氮沉降试验,利用光谱技术研究氮沉降对土壤可溶性有机质数量和结构的影响。试验设对照（CT,0 kg hm^-2 a^-1）、高氮（HN：80 kg hm^-2 a^-1）、低氮（LN：40 kg hm^-2 a^-1）3种处理。结果表明：（1）在0-10 cm和10-20 cm土层,HN、LN处理的土壤可溶性有机碳和可溶性有机氮含量显著高于CT。（2）在0-10 cm和10-20 cm土层,1月时HN、LN处理的芳香性指数和腐殖化程度都显著高于CT,而4月时HN、LN处理的芳香性指数和腐殖化程度都显著低于CT。除了氮含量的直接影响外,RDA （冗余分析）表明,两土层中土壤含水量、pH和土壤有机碳是驱动氮沉降对土壤DOM数量和结构的重要环境因子。因此,氮沉降对土壤DOM的影响是复杂的,未来尤其应该注重氮沉降对生态系统影响的季节模式。     

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。     

氮添加和升温对杉木林凋落物分解及碳氮磷化学计量特征的影响

通过研究氮(N)添加和升温对杉木林凋落物分解过程中碳(C)、N、磷(P)化学计量特征的影响,探索杉木林养分周转规律。利用江西千烟洲亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林长期野外N添加(CK (0)、N1 (50 kg N·hm^-2·a^-1)、N₂(100 kg N·hm^-2·a^-1))控制试验平台,采集不同年龄杉木凋落物(一年生叶和二年生叶),在不同温度(20、30℃)条件下进行凋落物分解培养试验。结果表明:凋落物分解过程中,N添加对杉木凋落物C含量没有影响; N添加显著提高了分解过程中不同年龄凋落物的N含量,降低了凋落物P含量。相同N添加水平下,凋落物N、P含量表现为一年生叶>二年生叶。N添加对分解前期不同年龄凋落物的P含量表现为N2>N1>CK,分解后期凋落物P含量则与分解前期相反。N添加显著降低了凋落物C∶N,提高了凋落物C∶P、N∶P。在分解过程中,相同N水平下杉木凋落物C∶N、C∶P表现为二年生叶>一年生叶,N∶P趋...     

模拟氮沉降和灌草去除对杉木人工林地土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是陆地生态系统重要的分解者和地上-地下相互作用的纽带。本文以亚热带杉木(Cunninghamia lanceolateata)人工林为对象, 通过模拟林冠层氮沉降和林下灌草去除, 设置4种处理, 包括: 对照(CK)、灌草去除(UR)、氮沉降(N)和氮沉降加灌草去除(N × UR)的野外控制实验, 研究土壤微生物群落结构的响应。本实验分别于2016年4月(春季)和10月(秋季)采集0-10 cm层土壤样品, 运用磷脂脂肪酸法(PLFAs)分析土壤微生物群落结构。结果表明: (1) 10月份土壤微生物总PLFAs量及其他类群土壤微生物PLFAs量显著高于4月份(P < 0.05), 真菌/细菌比值没有显著差异。土壤微生物PLFAs中细菌占优势, 其次为真菌, 放线菌的占比最小; (2)相比CK处理, UR处理下土壤微生物总PLFAs量、细菌PLFAs量、革兰氏阴性菌PLFAs量和放线菌PLFAs量有增加趋势, 但未达到显著差异水平(P > 0.05); (3)相对CK, UR、N和N × UR处理降低了4月份土壤微生物多样性(H°)和均匀度指数(J), 但提高了10月份土壤微生物多样性指数; (4)冗余分析表明, 土壤硝态氮和总磷含量与土壤微生物群落之间呈现显著相关。本研究表明土壤微生物PLFAs在各处理下都表现出明显的季节动态; 短期内林下灌草去除对土壤微生物PLFAs影响表现出一定的促进作用, 氮沉降对土壤微生物群落影响还不甚明显, 需要长期的监测研究来评估两者及其交互作用对土壤微生物群落及其功能的影响。     

氮沉降下杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林凋落叶分解过程中C、N元素动态变化

在12年生的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林中开展模拟氮沉降试验,分N0(对照)、N1、N2、N3等4种处理,N沉降量依次为0、60、120、240 kg N hm-2 a-1,每处理重复3次.通过2 a的监测和分析发现,经N0、N1、N2、N3处理后,凋落物分解过程中C平均含量分别为46.47%、46.35%、46.79%、46.6%,各处理之间无显著差异,但均随着分解时间的增加呈下降趋势.氮沉降明显增加了凋落物中的N含量,且随着沉降水平的增加而增加.各处理凋落物C的分解系数依次为0.739、0.744、0.936、0.708,周转期为4.26 a、4.26 a、3.46 a、4.41 a;而N的分解系数分别为0.458、0.543、0.776、0.565,周转期为6.26 a、5.44 a、3.91 a、5.20 a.N1处理表现出促进N释放的作用,但对C释放影响不明显;N2处理促进了凋落物C、N元素的释放,而N3处理则表现出一定的抑制作用.氮沉降处理也明显降低了凋落物的C/N比,N1、N2、N3处理使C/N比分别比N0下降8.59%、14.20%和17.54%.     

杉木人工林凋落物量对氮沉降增加的初期响应

通过野外模拟试验,研究了杉木人工林凋落物对氮沉降增加的初期响应。试验设计为4种处理,分别为N0(0kgN.hm-2.a-1,对照)、N1(60kgN.hm-2.a-1)、N2(120kgN.hm-2.a-1)、N3(240kgN.hm-2.a-1),3次重复。通过2年监测发现,对照样地的年凋落量为2427.51kg.hm-2,而经N1、N2、N3处理后,其年凋落物量分别为2238.10、2286.66和2599.50kg.hm-2。表明高氮(N3)处理显著增加了杉木林凋落物量(P<0.05),而中低氮处理(N1、N2)没有显著影响。各处理的总凋落物量表现出明显的季节动态,在2、5和7月出现3个比较明显的峰值。在凋落物的组成中,落叶占总凋落量的70.49%～73.67%,其次分别为落枝(19.38%～20.39%)、碎屑物(4.98%～7.70%)、落果(1.11%～2.16%)和树皮(0.29%～0.33%)。LSD多重比较显示,N3处理对落叶和落果产生显著影响,对其它组分的影响不明显。     

Convergent responses of nitrogen and phosphorus resorption to nitrogen inputs in a semiarid grassland

Human activities have significantly altered nitrogen (N) availability in most terrestrial ecosystems, with consequences for community composition and ecosystem functioning. Although studies of how changes in N availability affect biodiversity and community composition are relatively common, much less remains known about the effects of N inputs on the coupled biogeochemical cycling of N and phosphorus (P), and still fewer data exist regarding how increased N inputs affect the internal cycling of these two elements in plants. Nutrient resorption is an important driver of plant nutrient economies and of the quality of litter plants produce. Accordingly, resorption patterns have marked ecological implications for plant population and community fitness, as well as for ecosystem nutrient cycling. In a semiarid grassland in northern China, we studied the effects of a wide range of N inputs on foliar nutrient resorption of two dominant grasses, Leymus chinensis and Stipa grandis. After 4 years of treatments, N and P availability in soil and N and P concentrations in green and senesced grass leaves increased with increasing rates of N addition. Foliar N and P resorption significantly decreased along the N addition gradient, implying a resorption‐mediated, positive plant–soil feedback induced by N inputs. Furthermore, N : P resorption ratios were negatively correlated with the rates of N addition, indicating the sensitivity of plant N and P stoichiometry to N inputs. Taken together, the results demonstrate that N additions accelerate ecosystem uptake and turnover of both N and P in the temperate steppe and that N and P cycles are coupled in dynamic ways. The convergence of N and P resorption in response to N inputs emphasizes the importance of nutrient resorption as a pathway by which plants and ecosystems adjust in the face of increasing N availability.     

Responses of nitrogen and phosphorus resorption from leaves and branches to long-term nitrogen deposition in a Chinese fir plantation北大核心CSCD

Aims Our objectives were to investigate differences in nutrient resorption between different plant organs (leaf and branch), among plants with different life spans (one-year old, two-year old and senesced), and under different duration of nitrogen (N) deposition treatments in a Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) plantation. Methods The long-term N deposition experiment was conducted in a 12-year-old fir plantation of subtropical China. N deposition treatment was initiated in January 2004 until now, up-going 14 years. N deposition were designed at 4 levels of 0, 60, 120, and 240 kg·hm–2·a–1, indicated as N0, N1, N2, and N3, respectively, with 3 replicates for each treatment. The solution of CO(NH2)2 was sprayed on the forest floor each month. In the study, we measured N and phosphorus (P) concentrations and analyzed the pattern of nutrient resorption of mature and senescing leaves and branches. The different responses of needles N and P resorption after 7- and 14-year N deposition treatments were also compared. Important findings After 14 years of N deposition, (1) during the senescing process, leaf and branch C, N, and P content gradually decreased with increasing treatment duration, with higher content in leaf than in branch. N content decreased in the order of one-year old green leaf > two-year old green leaf > senescent leaf > one-year old living branch > two-year old living branch > senescent branch, and N3 > N2 > N1 > N0, with C:N showing the opposite trend. Senescent organs had higher C:N, N:P, and C:P than mature living organs. N deposition increased N, N:P, and C:P of mature living organs (except for the two-year old green leaf), while decreased P and C:N. (2) N resorption efficiency (REN) and P resorption efficiency (REP) of leaves and branches decreased gradually with increasing life span. REP was typically higher in leaf and branch than REN. Leaf had lower REN (28.12%) than branch (30.00%), but higher REP (45.82%) than branch (30.42%). A highly significant linear correlation existed between N:P and REN:REP in leaves and branches. (3) REN decreased but REP increased with the treatment duration of N deposition. The longer experimental duration (14 years) reduced REN by 9.85%, 3.17%, 11.71% under N1, N2, and N3 treatments, respectively, and increased REP by 71.98%, 42.25%, 9.60%, respectively, than the shorter treatment duration (7 years). In summary, the responses of essential nutrients resorption efficiency for different plant organs and life span varied with the levels and duration of N deposition treatment. REN:REP in leaf and branch were mostly driven by N:P of leaf and branch. The results highlight that nutrients resorption is significantly influenced by long-term N deposition. © Chinese Journal of Plant Ecology.