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,0gN·m–2·a–1)、低氮(5gN·m–2·a–1)、中氮(15gN·m–2·a–1)和高氮(30gN·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8.241g·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1a),土壤呼吸主要受温度的影响。2008年6～10月,土壤呼吸速率24h平均值均表现为:对照<低氮<中氮<高氮。氮沉降处理1a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10cm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。

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。

华西雨屏区慈竹林凋落叶分解过程养分释放对模拟氮沉降的响应

通过原位试验,研究华西雨屏区慈竹林凋落叶养分释放对模拟氮沉降的响应。试验设4个施氮水平:对照(CK,0kg·hm-2a-1)、低氮(LN,50kg·hm-2a-1)、中氮(MN,150kg·hm-2a-1)和高氮(HN,300kg·hm-2a-1)。结果表明:1)在凋落叶分解过程中,C,P和Mg元素含量总体上呈下降趋势,N元素表现为下降—上升—下降,K元素则为上升—下降—上升,Ca元素先升后降。各处理C,P,Ca和Mg元素都表现为直接释放,K元素为富集—释放,而N元素CK呈现淋溶—富集—释放,LN,MN和HN却为直接释放。2)氮沉降可促进凋落叶C,N,P,K,Ca,Mg元素的释放,其中MN促进作用最强;氮沉降对N元素的影响程度最大,LN,MN和HN周转期分别比CK(2.835a)缩短0.090,0.816和0.709a。3)分解过程中各处理C/N变化趋势为先升高后降低;总体上,分解前2个月N沉降可降低凋落叶C/N值,而2个月后提高其C/N值。

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–.2a-1)、低氮(5 g.m–.2a-1)、中氮(15 g.hm–.2a-1)和高氮(30 g.m–.2a-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。

华西雨屏区光皮桦林土壤呼吸对模拟氮沉降的响应

从2008年1月至12月,对华西雨屏区光皮桦（Betula luminifera）林进行了模拟氮沉降试验,应用LI-8100土壤碳通量分析系统和气压过程分离（Barometric Process Separation,BaPS）技术分别研究了4个氮沉降水平0（CK）、5（L）、15（M）、30（H）g N.m^-2.a^-1下土壤呼吸的日变化和月动态。结果表明,土壤呼吸具有明显的季节动态,各处理土壤呼吸最高值均出现在7月份;氮沉降初期,各处理土壤呼吸差异不明显,5月份以后各氮沉降处理土壤呼吸开始表现出抑制效应,随着施氮浓度的增加,抑制效应愈加明显（CK〉L〉M〉H）;土壤呼吸日变化基本呈现单峰曲线,呼吸速率最高值一般出现在14：00—16：00。随着氮沉降的增加,对土壤呼吸产生的抑制效应增强,这可能与光皮桦林土壤本身的氮素状态有关。各处理土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著指数正相关关系,对土壤呼吸与土壤温度和湿度的偏相关分析得出,温度能解释土壤呼吸的大部分变异（50.1%-79.8%）,是影响光皮桦林土壤呼吸的主导因子。随着氮沉降浓度的增加,土壤呼吸的Q10值减小,表明氮沉降可能降低了土壤呼吸的温度敏感性。

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,0g N·m-2·a-1)、低N(5g N·m-2·a-1)、中N(15g N·m-2·a-1)和高N(30g N·m-2·a-1)。在N沉降进行1年后,每月采集各样方0-20cm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。

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×Den-drocala 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.

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(0gN·m-2·a-1)、低氮(5gN·m-2·a-1)、中氮(15gN·m-2·a-1)和高氮(30gN·m-2·a-1).在氮沉降进行半年后,每月采集各样方0～20cm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,150kg.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,0gN·m-2·a-1)、低N(5gN·m-2·a-1)、中N(15gN·m-2·a-1)和高N(30gN·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30gN.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.

华西雨屏区不同密度巨桉人工林土壤呼吸特征

从2008-03至2009-02,采用闭合动态法(LI-6400-09)对华西雨屏区不同密度中龄巨桉人工林土壤呼吸进行了研究。结果表明:①该林分土壤呼吸具有明显的季节动态,各密度林分土壤呼吸速率最高值均出现在7月份,最低出现在1月,且密度为883株.hm-2(1.5 m×8 m)的巨桉林土壤呼吸速率最大,2 222株.hm-2(1.5 m×3 m)的最小;②2008年4、7、10月土壤呼吸速率24 h平均值均表现为883株.hm-2>1 333株.hm-2>2 222株.hm-2,且7月>4月>10月;③土壤微生物生物量碳氮、土壤有机质含量和10 cm根系生物量都表现出相同的趋势,即林分密度越小,土壤微生物生物量碳氮越高,草本植物越多,根系生物量越大,有机质含量越多;④温度是巨桉林土壤呼吸变异的主导因子,土壤呼吸速率与土壤温度和湿度的双因素模型优于单因素模型,两者共同解释了土壤呼吸速率月动态的78.3%～91.5%;⑤各密度林分土壤呼吸Q10值随巨桉林分密度增大而降低,大小顺序为3.65(883株.hm-2)>2.60(1 333株.hm-2)>2.55(2 222株.hm-2)。