樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。

降水变化对科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮矿化和淋溶的影响

为研究降水量减少对沙地森林土壤氮循环过程的影响,以科尔沁沙地15年生樟子松人工林为研究对象,野外模拟不同降水量(自然降水、减少30%和50%)对沙地樟子松人工林土壤无机氮(SIN)含量、氮矿化速率和淋溶动态的影响。研究结果发现,沙地樟子松人工林SIN主要以硝态氮形态存在,模拟降水减少降低土壤硝态氮含量(P<0.05)和硝态氮/SIN值(P<0.001),而增加土壤铵态氮含量(P<0.05)。与自然降水相比,降水减少降低土壤净硝化速率和净矿化速率(P=0.002),但不同降雨处理的土壤净氨化速率差异不显著(P=0.86)。科尔沁沙地樟子松人工林土壤以硝态氮淋溶为主,不同降雨处理土壤硝态氮淋溶量差异不显著(P=0.09),但模拟降水减少降低土壤铵态氮淋溶(P=0.04)。此外,沙地樟子松人工林SIN含量、净氮矿化速率和淋溶量具有明显月动态特征,与降雨月动态规律基本一致。降水处理和采样时间对SIN含量和净氮矿化速率具有显著交互作用,但土壤氮淋溶量的交互作用不显著。可见,降水变化能够显著影响科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮有效性、氮矿化速率和淋溶等过程,未来干旱加剧可能降低科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮的可利用性。