氮沉降对亚热带常绿阔叶林林下植被和土壤细菌群落多样性的影响机制
发布时间：2020-04-05 17:12
【摘要】：森林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,自工业革命以来,氮沉降的逐年增加对森林生态系统结构和功能造成严重威胁,影响森林生态系统在陆地生态系统中所发挥的重要作用。亚热带常绿阔叶林在我国森林生态系统中占有特殊地位,是全球常绿阔叶林的重要组成部分,探索氮沉降对亚热带常绿阔叶林林下植被和土壤细菌群落多样性的影响,以揭示森林生态系统对氮沉降增加的响应机制。通过对北亚热带不同林龄常绿阔叶林为期4年的不同氮沉降模拟试验研究,得出的主要结果如下。1.不同氮添加对土壤理化性质的影响。土壤表层(0-10 cm)的含水率随着氮添加呈上升趋势,与对照(CK)相比,中龄林中高氮(HN)处理含水率增加15.43%,但不显著;而在高氮+磷(HN+P)处理(+101.37%)和磷(P)处理(+75.10%)中显著增加。在成熟林中,含水率在HN处理中较CK处理显著增加(+23.96%),HN+P处理则显著降低( 10.47%)。老龄林中含水率变化趋势:HN(+22.06%)HN+P(+13.05%)LN(+9.12%)CK,氮添加处理较CK均增加,但不显著。土壤pH变化与含水率相反,在氮磷添加样地均呈下降趋势:在中龄林中,HN( 10.58%)、HN+P( 11.39%)和P( 6.42)三个处理较CK均显著下降;在成熟林中,pH变化趋势为CKHN( 0.44%)HN+P( 1.53%),差异不显著;在老龄林中,与CK比较,LN处理pH下降了0.95%,HN和HN+P处理pH分别显著下降了4.02%和6.64%。不同林龄HN处理,可溶性有机碳和可溶性有机氮较CK均呈增加趋势,在中林龄分别增加13.10%和19.65%,成熟林中分别增加5.18%和10.48%,老龄林中分别增加17.66%和5.75%。HN处理导致亚热带常绿阔叶林土壤有机碳增加,土壤微生物量氮与土壤微生物量碳的变化趋势与土壤有机碳变化趋势一致。2.不同氮添加对森林生长指标的影响。氮添加促进了不同林龄林分胸径的增长,中林龄平均胸径增长量:HN+P处理显著高于P处理,提高了70.63%;成熟林胸径增长量:HN(+6.75%)和HN+P(+12.88%)处理显著高于CK;老龄林胸径增长量:HN+P处理中显著高于CK。氮添加没有显著提高不同林龄林分胸高断面积。林分平均胸径增长量主要受到森林林龄(F=6.141,P0.05)的影响。3.不同氮添加对林下植被多样性的影响。不同林龄的常绿阔叶林的林下植被组成略有差异,山矾(Symplocos caudata)和毛花连蕊茶(Camellia fraterna)是所有林分的共有种。林下灌木层Shannon-Wiener指数的变化范围在1.66 2.40之间,氮添加对老龄林林下植被的Shannon-Wiener指数的影响不显著,中龄林中Shannon-Wiener指数在HN处理较CK显著下降( 24.58%);而成熟林的Shannon-Wiener指数在HN+P(2.33)处理较HN(1.41)处理中显著增加了65.25%,而与CK差异不显著。中龄林中,HN处理Simpson指数( 11.36%)和Alatalo均匀度指数( 5.41%)显著下降;而成熟林和老龄林的上述两个指标,不同氮添加处理没有显著影响。同样,氮添加处理对不同林龄林分草本层多样性指数没有显著影响。4.不同氮添加对林下植被叶水平养分的影响。不同氮添加处理对不同林龄林分灌木叶片养分及其比没有显著影响,但对叶水平上养分相关性有一定影响。与CK相比,HN和HN+P处理后,叶片中N含量与P含量具有显著相关关系(r=0.503,P0.01;r=0.501,P0.01),说明较高的氮添加会提高养分的吸收效率并促进P元素的利用。林下灌木层的植被对N元素具有富集作用,且氮磷添加影响了灌木叶片比叶面积与化学计量之间的关系。5.不同氮添加对土壤细菌多样性指数的影响。氮添加对不同林龄常绿阔叶林土壤微生物的多样性没有显著影响,在HN和HN+P处理中,OTUs在中龄林中下降,在成熟林中增加,在老龄林中变化不一致;香浓威尔指数(Shannon-Wiener)在中龄林中下降,在成熟林和老龄林中均增加;辛普森指数(Simpson)在不同林龄氮添加样地没有变化;Schao1指数在中龄林中下降,在老龄林中增加,在成熟林中变化不一致。6.不同氮添加对土壤细菌组成的影响。不同林龄林分的土壤中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是三个主要的细菌门类,细菌群落结构与组成受到氮添加的影响。中龄林中细菌门类中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、浮霉菌门(Planctomycetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和Candidatus Saccharibacteria等7个门类,在属水平上的OTUs具有显著差异性;同样在成熟林中,有8个门类在属水平上的OTUs具有显著差异性,包括细菌门类中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、Candidatus Saccharibacteria、厚壁菌门、疣微菌门(Verrucomicrobia)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes);老龄林中有变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、Candidatus Saccharibacteria和蓝藻细菌/叶绿体(Cyanobacteria/Chloroplast)等6个门类在属水平上的OTUs具有显著差异性。7.利用冗余分析(RDA)整体分析比较了林龄和氮添加对森林生态系统的影响。林龄对林分中乔木生长(R~2=0.224,P=0.005)和林下植被多样性(R~2=0.311,P=0.006)、叶片生理生态指标(R~2=0.443,P=0.001)和土壤细菌群落(R~2=0.105,P=0.582)影响显著。与林龄不同,氮添加对林分中乔木生长(R~2=0.105,P=0.582)和林下植被多样性(R~2=0.203,P=0.051)影响较小,而对叶片生理生态指标(R~2=0.204,P=0.044)和土壤微生物(R~2=0.309,P=0.006)影响显著。
【图文】：
12图 3-1 研究区区位图Fig. 3-1 Location of the study area设计地选取了三个不同林龄的常绿阔叶林为研究对象，，中龄林和成熟林是按照小，老龄林则是按照王村家谱记载确定林分林龄。中龄林(middle-aged徽省池州石台县矶滩乡(30°16'28"N, 117°26'23"E)，海拔 100 - 150 m16.3℃，近十年平均降水量为 1521 mm，年降水量分布不均，主要集中类型为红黄壤[220]。成熟林(mature stand, 72 a)位于安徽省祁门县g遄
本文编号：2615291
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12图 3-1 研究区区位图Fig. 3-1 Location of the study area设计地选取了三个不同林龄的常绿阔叶林为研究对象，，中龄林和成熟林是按照小，老龄林则是按照王村家谱记载确定林分林龄。中龄林(middle-aged徽省池州石台县矶滩乡(30°16'28"N, 117°26'23"E)，海拔 100 - 150 m16.3℃，近十年平均降水量为 1521 mm，年降水量分布不均，主要集中类型为红黄壤[220]。成熟林(mature stand, 72 a)位于安徽省祁门县g遄
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