模拟氮沉降对滇中云南松林湿干季土壤特性和土壤呼吸的影响

【目的】研究氮沉降背景下湿干两季土壤理化性质、微生物特征和酶活性变化对土壤呼吸影响,为亚热带森林生态系统碳循环及物质循环、能量流动提供科学依据。【方法】选择滇中亚高山云南松林为研究对象,研究模拟氮沉降下(对照CK 0 g/(m^(2)·a)、低氮LN 10 g/(m^(2)·a)、中氮MN 20 g/(m^(2)·a)、高氮HN 25 g/(m^(2)·a))湿干两季土壤理化性质、酶活性、土壤微生物数量、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)以及土壤呼吸变化特征,阐明氮沉降下土壤呼吸的季节变化特征以及土壤呼吸与土壤特性之间的响应关系,并探讨其耦合机制的相关性。【结果】(1)与CK相比,各氮处理下土壤TN、NH_(4)^(+)-N均显著增加。(2)在湿干季时,脲酶在HN显著增加了16.38%~67.95%;蔗糖酶在HN显著降低了19.65%~35.65%;过氧化氢酶在LN、MN和HN显著增加了11.11%~100.00%;多酚氧化酶在MN、HN显著降低了8.69%~25.00%;(3)土壤微生物数量、MBC在LN、MN下均显著增加(4.70%~30.52%),在HN显著降低(18.57%~57.20%);MBN在HN显著降低(6.80%~13.70%)。(4)在湿季时,各氮处理促进了土壤呼吸,干季时HN抑制了土壤呼吸;随着时间的推移,HN对土壤呼吸从促进作用转变为抑制作用。土壤呼吸与土壤温度、湿度均呈显著相关;LN、HN的Q10提高了7.41%,60.27%。(5)湿季时,土壤呼吸与TN、TP、TK、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、脲酶呈显著正相关,与蔗糖酶、多酚氧化酶、微生物数量、MBC、MBN呈显著负相关;干季时,土壤呼吸与NO_(3)^(-)-N、脲酶呈显著负相关,与过氧化氢酶、多酚氧化酶、微生物数量、MBC、MBN呈极显著正相关。【结论】随着时间推移,HN抑制了云南松林的土壤呼吸,且施氮并未改变土壤呼吸的季节变化规律与日变化规律。

氮沉降下滇中华山松林土壤特性变化对土壤呼吸的影响

研究氮(N)沉降背景下湿、干季土壤理化性质、微生物特征及酶活性变化对土壤呼吸影响,阐明N沉降下土壤呼吸的季节变化特征以及土壤呼吸与土壤特性之间的动态响应,为滇中亚高山森林生态系统C循环研究提供科学依据。选择云南玉溪磨盘山华山松人工林为研究对象,研究模拟N沉降下(对照-CK,0 g·m^(-2)·a^(-1)、低N-LN,10 g·m^(-2)·a^(-1)、中N-MN,20 g·m^(-2)·a^(-1)、高N-HN,25 g·m^(-2)·a^(-1))湿(7月)、干(1月)季土壤理化性质、酶活性、土壤微生物数量、微生物量C(MBC)、微生物量N(MBN)以及土壤呼吸变化特征,阐明N沉降下土壤呼吸与土壤特性的动态变化特征。结果表明,1)湿季时,与CK相比,各N沉降处理下土壤TP、TK、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、AN均显著增加(13.1%~95.5%);干季时,TN、TP、NH_(4)^(+)-N、AN显著增加(26.9%~69.6%)。2)在湿干两季过氧化氢酶活性均在各N处理下显著降低(14.8%~61.8%),多酚氧化酶活性则在湿季各N处理下降低(15.0%~52.2%),蔗糖酶及脲酶活性在不同季节分别在LN、HN处理以及HN处理下显著降低(7.1%~48.9%和10.5%~16.7%);在湿干季时,HN处理降低了土壤微生物数量、MBC、MBN(10.3%~49.8%)。3)N沉降抑制了华山松林土壤呼吸,且随着施N浓度的增加,土壤呼吸抑制作用越明显;土壤呼吸与湿干季土壤温度呈正显著相关;各N处理均降低了土壤温度敏感性Q_(10)(2.93%~36.86%)。综上,N沉降抑制了华山松林的土壤呼吸,且并未改变华山松林土壤呼吸的季节变化规律与日变化规律。

滇中亚高山森林土壤细菌多样性及群落结构对N沉降的响应

【目的】研究N沉降对不同森林类型细菌多样性及群落结构的影响,旨在为我国西南亚高山森林土壤细菌群落以及森林生态系统应对N沉降等研究提供理论基础。【方法】以亚热带高海拔季风气候区高山栎林、云南松林、华山松林和常绿阔叶林为研究对象,设定4个N施氮水平:对照(CK,0 g·m^(-2)·a^(-1))、低氮(LN,10g·m^(-2)·a^(-1))、中氮(MN,20 g·m^(-2)·a^(-1))、高氮(HN,25 g·m^(-2)·a^(-1)),测定施N18个月后土壤细菌多样性及群落结构变化特征。【结果】1)4种林分类型土壤细菌多样性存在一定差异,细菌α多样性指数表现为:常绿阔叶林>华山松林>云南松林>高山栎林;不同施N浓度会造成细菌多样性变化,即随着施N浓度增加,细菌多样性呈先下降后上升的趋势。2)不同施N处理下,土壤细菌群落优势门均由酸杆菌门(29.10%~44.46%)、变形菌门(25.22%~37.50%)、放线菌门(9.3%~12.1%)组成,其中酸杆菌门相对丰度随施N浓度上升而降低,而变形菌门则相反。3)优势属中仅罗河杆菌属、厌氧黏细菌属、出芽菌属、黏液杆菌属在不同施N浓度之间有显著差异。4)土壤细菌一级功能代谢通路包括6类,其中最主要的功能代谢(51.5%~52.2%);二级代谢通路功能基因获取41类,其中主要的二级代谢通路包括10类,碳水化合物代谢占总功能基因数最高(10.7%-~11.1%)。【结论】N沉降对土壤细菌多样性的影响具有阈值限制性;土壤细菌可通过改变生化过程来应对N沉降,以此提高对于N沉降的抵抗能力;林分类型因C源差异、立地特征等因素,为影响N沉降下土壤细菌多样性与群落结构差异的重要因素。

模拟氮沉降对滇中高山栎林凋落物碳氮磷释放和生态化学计量特征的影响

【目的】研究氮(N)沉降下森林凋落物分解过程中碳氮磷释放和化学计量特征响应情况,为揭示亚热带高海拔区域森林生态系统在未来大气N沉降的影响下养分循环的变化趋势提供参考。【方法】以滇中亚高山高山栎林(Quercus aquifolioides)为研究对象,利用尼龙网袋法于2018年2月至2019年1月开展模拟N沉降下高山栎林凋落叶、凋落枝原位分解试验,设置4个N沉降处理水平,分别为对照(CK,N 0 g/(m^(2)·a))、低氮(LN,N 5 g/(m^(2)·a))、中氮(MN,N 15 g/(m^(2)·a))和高氮(HN,N 30 g/(m^(2)·a))。测定不同处理凋落叶、凋落枝C、N、P残留率的变化,并分析N沉降1年后凋落叶、凋落枝及土壤中C、N、P含量以及C/N、C/P、N/P的变化,最后采用相关性分析和冗余分析对凋落叶、凋落枝和土壤C、N、P及其化学计量比的相关性进行分析。【结果】N沉降下,凋落叶、凋落枝的C、N、P释放模式分别为直接释放、富集-释放、缓慢释放,凋落叶C、N、P释放速率较凋落枝快。N沉降抑制了凋落物(叶、枝)中C、N、P的释放,与CK相比,N沉降1年后,凋落物C、N、P残留率分别增加了1.70%~10.15%,8.45%~23.96%,3.11%~15.78%。N沉降1年后,与CK相比,N沉降处理均增加了凋落物(叶、枝)和土壤中C、N、P含量,且对凋落物(叶、枝)C、N影响达显著水平;N沉降均降低了凋落物和土壤中C/N、C/P值,且对凋落物C/N影响达显著水平。相关性分析和冗余分析结果表明,N沉降下,凋落叶和凋落枝C、N、P含量均与土壤中N、P含量相关性达显著或极显著水平;土壤P对凋落物化学计量的影响较大,土壤N次之,土壤C则影响最小。【结论】在大气N沉降的背景下,滇中区域高山栎林凋落物分解过程中C、N、P养分释放受到了抑制,土壤中的N、P含量对凋落物分解过程中的化学计量变化特征及养分释放具有重要作用。