氮添加和凋落物去除对黔中喀斯特地区柳杉人工林土壤呼吸的影响

凋落物是土壤呼吸的主要碳源,日益增加的大气氮沉降通过改变森林凋落物的输入与分解影响土壤呼吸。为揭示氮沉降及凋落物管理对森林土壤呼吸及其组分的影响,以贵州省国有扎佐林场15年生柳杉人工林为研究对象,设置4个氮添加处理:对照(CK,0 gN m^(-2)a^(-1))、低氮(LN,15 gN m^(-2)a^(-1))、中氮(MN,30 gN m^(-2)a^(-1))和高氮(HN,60 gN m^(-2)a^(-1)),并在每种氮添加处理下设置去除凋落物和保留凋落物两种处理,于2021年3月—2022年2月利用LI⁃8100测定土壤呼吸速率,并分析氮添加及凋落物处理对土壤呼吸速率影响,确定影响土壤呼吸速率变化的主要因子。结果表明:氮添加和去除凋落物处理没有改变土壤呼吸速率的时间变化,土壤呼吸速率月均最大值出现在7月,月均最小值出现在2月。氮添加对土壤呼吸速率无显著影响(P>0.05),除CK外,去除凋落物处理会显著降低土壤呼吸速率(P<0.05)。凋落物对土壤总呼吸速率的贡献率为8.6%—28.5%,且LN处理下凋落物对土壤呼吸速率的贡献率最大。土壤呼吸速率与5 m土壤温度呈显著指数相关(P<0.01),与5 cm土壤湿度呈显著负线性相关(P<0.01)。土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的58.5%—79.5%,土壤湿度解释了土壤呼吸速率变异的26.4%—39.5%,以土壤温度和湿度构建的双变量模型拟合效果均好于单因子模型,土壤温湿度共同解释土壤呼吸速率变异的59.1%—85.8%。结论表明在大气氮沉降增加的背景下,温度是影响土壤呼吸的主要因素,凋落物管理是调控土壤呼吸的关键过程。

不同凋落物输入处理对暖温带森林表层土壤有效磷含量的影响

利用河南省国有焦作林场麻栎林1 hm^2森林生态系统定位观测样地,设置加倍凋落物、去除凋落物、去除地表物并挖壕沟和对照(正常凋落物输入)等不同处理方式,连续2 a测定0~10 cm、10~20 cm土壤有效磷含量,计算其变化率、变化速率、环比增长率、同比增长率,分析暖温带森林近地表层土壤有效磷含量受凋落物输入改变的影响程度,为土壤有效磷动态的深入研究提供借鉴,为生态系统响应全球气候变化等研究提供基础。结果表明,土壤有效磷含量具有季节变化,春季与夏初较低、秋季与冬季较高;0~10 cm土层中土壤有效磷含量稍高于10~20 cm层次的,但差异不显著,其相关性可用幂函数表示。0~10 cm层次上,加倍凋落物处理提高了土壤有效磷含量,去除凋落物与去除地表物并挖壕沟处理降低了土壤有效磷含量,但不同处理间的差异性不显著,不同处理间土壤有效磷含量的变化率差异极显著;土壤有效磷含量的变化速率表现出减幅波动,而环比增长率与同比增长率在后期波动较大,但不同处理间均不具有显著性差异;凋落物输入的不同处理与季节变化对0~10 cm层次土壤有效磷含量有显著性影响,而对10~20 cm层次的影响不显著。表明,凋落物输入的不同处理主要影响到0~10 cm层次的土壤有效磷含量,对10~20 cm层次的影响较弱,且季节变化对土壤有效磷含量亦有较大影响。

凋落物处理对不同林型土壤有机碳全氮全磷的影响

为探讨凋落物处理(去除和添加)对红松人工林和阔叶红松林2种林型土壤有机碳(活性有机碳、总有机碳)、氮、磷的影响,2018年5月在2种林型的红松林中展开试验。试验以保持原状凋落物为对照,设置去除凋落物和添加凋落物2种处理,每种处理有3个重复。采用单因素方差分析方法,揭示不同凋落物处理对活性有机碳、总有机碳、全氮、全磷的影响。结果表明:1)在红松人工林中,去除凋落物处理对土壤、颗粒有机碳、轻组碳影响显著(P<0.05),添加凋落物处理对土壤易氧化有机碳影响不显著,对土壤颗粒有机碳、轻组碳影响显著(P<0.05)。2)在阔叶红松林中,虽然去除和添加凋落物处理均对土壤易氧化有机碳影响不显著,但对土壤颗粒有机碳、轻组碳影响显著(P<0.05)。尽管去除凋落物处理对2种林型土壤总有机碳影响显著(P<0.05),但添加凋落物处理却对其影响不显著;去除和添加凋落物处理对土壤全氮和全磷影响不显著。去除和添加凋落物处理对红松人工林土壤C/N影响不显著;去除凋落物处理对阔叶红松林土壤C/N影响显著(P<0.05),添加凋落物处理对其影响不显著。在2种林型中凋落物处理对土壤颗粒有机碳、轻组碳和总有机碳影响显著;凋落物处理对土壤易氧化有机碳、土壤全氮、全磷影响均不显著。

鸡公山麻栎林和水杉林不同凋落物处理下土壤呼吸对降雨强度的响应

降雨脉冲对土壤呼吸具有瞬间的激发效应,地表凋落物是土壤有机碳的重要来源,并影响降雨的下渗过程和土壤含水量。降雨对土壤呼吸的激发效应是否受地表凋落物的影响?这一问题目前尚不清楚。针对我国亚热带-暖温带气候过渡区麻栎(Quercus acutissima)林和水杉(Metasequoia glyptostroboides)林2种林型开展不同凋落物输入水平(对照、添加凋落物和去除凋落物)下模拟降雨事件对土壤呼吸影响研究,以阐明不同凋落物条件下土壤呼吸对降雨脉冲的响应规律。结果表明:就麻栎次生林而言,对照、添加凋落物和去除凋落物处理土壤呼吸速率在降雨10 min时均达到峰值,分别为4.72、11.68和5.12μmol·m^(-2)·s^(-1),添加凋落物增强了降雨脉冲的激发效应,去除凋落物与对照处理土壤呼吸速率在降雨事件后无显著差异(P>0.05)。地表凋落物层对麻栎次生林在降雨后的土壤呼吸速率变化具有重要影响。水杉林3种凋落物水平下土壤呼吸均不存在降雨激发效应,且凋落物添加与去除均显著降低水杉林土壤呼吸速率(P<0.05)。麻栎林土壤呼吸与土壤湿度呈显著正相关关系(P<0.05或P<0.01)。水杉林添加凋落物条件下土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关关系(P<0.05)。该研究表明土壤呼吸对降雨脉冲的响应与森林类型、地表凋落物覆盖与否有密切关系,因此森林生态系统碳循环的变化除了考虑气候变化以外,还必须考虑林型和地表凋落物状况。

植物残体输入改变对樟子松人工林土壤呼吸及其温度敏感性的影响

对河北塞罕坝机械林场樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)人工林采取不同的处理方式(对照(CK)、凋落物移除(-L)、凋落物添加(+L)、根系去除(-R)、凋落物和根系同时去除(-R-L)、凋落物添加和根系去除(-R+L)),基于处理后第一个生长季(2019年5-9月)的测定结果,研究不同的植物残体输入方式对土壤呼吸及其温度敏感性的影响,得到以下结果。1)土壤呼吸速率存在显著的季节动态,7-8月最高,9月底最低。CK,-L,+L,-R,-R-L和-R+L处理组的生长季内平均土壤呼吸速率(平均值±标准误差,下同)分别为2.20±0.17, 1.24±0.09, 2.40±0.07, 2.05±0.11, 1.04±0.07, 2.28±0.17μmol/(m^(2)·s),-L和-R-L处理分别使土壤呼吸速率降低43.6%和52.7%。2)不同处理方式下,生长季内土壤呼吸与土壤温度显著指数相关(p<0.01),各处理样地土壤呼吸的温度敏感Q10值分别为2.32±0.13, 2.37±0.05, 2.41±0.09, 2.42±0.14, 2.09±0.08, 2.87±0.11。地上凋落物处理对土壤呼吸生长季平均值和Q10都有显著的影响(p<0.05),而根系处理对其均无显著影响(p>0.05)。3)与对照组相比,在根系去除的处理(-R,-R-L和-R+L)中,土壤湿度显著升高,可能与根系停止吸收水分有关,但土壤温度没有显著的变化。在大部分处理(除-R和-R+L外)中,生长季内土壤呼吸与土壤湿度呈显著的抛物线式关系,土壤湿度的阈值为15%左右。综合来看,凋落物去除对樟子松林土壤呼吸和温度敏感性均产生显著的影响,而根系去除的影响在第一个生长季不显著。

凋落物输入对土壤可溶性有机碳的影响

可溶性有机碳(DOC)受淋溶强烈,且可被土壤微生物快速同化,是陆地生态系统生物地球化学循环的关键组分之一。凋落物输入是土壤DOC的重要来源,但在不同生态系统中,植被类型和覆盖度的不同导致地表凋落物种类和数量不同,同时不同类型的凋落物化学组成不同,直接影响凋落物分解进程和DOC释放。因此,评估不同生态系统中不同类型的凋落物添加和去除后土壤DOC含量变化,对于认识土壤生物地球化学过程具有重要意义。本文整理了全球已发表的47篇文献中共494组配对数据(对照与凋落物添加/去除),评估了不同凋落物类型(叶、根、叶+根)、生态系统类型(森林、草地)和处理时间(<1、1~3、3~6、>6月)条件下,凋落物添加和去除对土壤DOC含量的影响。结果表明:总体上看,添加凋落叶提高了土壤DOC含量(28.9%),而去除凋落叶、根及同时去除凋落叶和根分别使土壤DOC含量降低了23.1%、6.6%、16.9%。添加凋落物使草地和森林土壤DOC含量分别提高了28.6%和28.5%,而去除凋落物后,草地和森林土壤DOC含量分别降低了30.4%和21.2%。土壤DOC含量对凋落物添加的响应迅速,在添加1个月内增长较快(29.6%),之后逐渐减弱,但处理6个月后增长较快(34.0%)。去除凋落物后,土壤DOC含量迅速下降,在1个月内降低幅度最大(65.2%),后期逐渐减弱。这些结果表明,凋落物输入是土壤DOC的重要来源,其中凋落叶的贡献约是根的3.5倍,且土壤DOC对早期凋落物输入更加敏感,这对深入认识以DOC为载体的陆地生态系统生物地球化学过程具有重要意义。

凋落物输入变化对森林土壤CH_(4)吸收的影响

甲烷(CH_(4))是仅次于二氧化碳的第二大温室气体。森林土壤作为大气CH_(4)“汇”,在全球CH_(4)预算中发挥着重要作用。凋落物是森林土壤重要的碳库和养分库,凋落物分解既增加了土壤碳和养分归还,也降低了土壤表面氧气浓度,可能影响土壤CH_(4)氧化和扩散。但目前对凋落物输入是否改变森林土壤CH_(4)吸收的认识仍不清晰。本研究在福建三明国家野外站通过凋落物输入微宇宙实验,连续监测了杉木人工林凋落物去除后土壤CH_(4)通量的变化,发现去除凋落物使杉木人工林土壤CH_(4)吸收量显著增加。在此基础上,利用Meta分析进一步整理了其他6个森林样点凋落物(叶和根)去除和加倍输入对土壤CH_(4)吸收的影响,发现凋落物去除使阔叶林土壤CH_(4)吸收显著增加16.5%。相反,凋落物加倍输入使阔叶林和针叶林土壤CH_(4)吸收分别显著降低了11.1%和20.0%,说明凋落物加倍输入降低了森林土壤CH_(4)“汇”的功能。这些结果表明,凋落物输入是影响森林土壤CH_(4)吸收的重要因素,凋落物层可能通过降低土壤表面氧气浓度,减少森林土壤对大气CH_(4)的吸收。