不同形式氮添加对落叶松人工林生态系统土壤碳循环过程的影响

发布时间：2020-06-01 13:39

【摘要】：氮沉降增加已成为全球变化的重要现象之一,已经并将继续对森林生态系统土壤碳平衡产生重要影响。大气氮沉降主要形式为有机氮和无机氮两种。其中,有机氮能够占到氮沉降量的30%,然而目前的模拟氮沉降研究几乎都忽略了有机氮组分。由于大气氮沉降中的有机氮组分其本身含有碳源,所以即使添加等量的有机氮和无机氮,可能也会对森林土壤碳平衡产生不同的影响强度和方向。所以仅仅通过添加无机氮,而忽略有机氮,可能不能全面的评估氮沉降对森林土壤碳收支的影响。本研究以东北典型造林树种兴安落叶松为研究对象,2014年5月至2016年10月,对帽儿山地区落叶松人工林进行了不同形式氮添加实验。设置了 1个对照,5个氮处理,分别为:N1(即对照,无机氮:有机氮=0:0)处理,N2(无机氮:有机氮=10:0),N3(无机氮:有机氮=7:3),N4(无机氮:有机氮=5:5),N5(无机氮:有机氮=3:7)和N6(无机氮:有机氮=0:10)处理,每个处理设置3个重复样地。每种氮添加处理所施加的氮浓度均为为10 g N·m-2 y-1,无机氮氮源为硝酸铵,有机氮氮源为尿素(45%)、甘氨酸(40%)与丙氨酸(15%)混合。研究了不同形式氮添加对落叶松林土壤关键碳过程(土壤呼吸及其组分、凋落物分解、细根产量和周转、土壤酶活性、土壤活性有机碳库及碳固持等)以及碳转移(活性碳与稳定性碳)的影响,研究结果表明:(1)2011年、2014年及2015年帽儿山地区大气氮沉降量的平均值为21.97 kg N hm-2,其中通常被国内外研究所忽略的有机氮能够占到该地区大气氮湿沉降的29%左右,接近于全球尺度有机氮占大气总氮沉降的比例。(2)早期不同形式氮添加实验(2014年)结果表明,不同形式氮添加均提高了落叶松林土壤呼吸速率和土壤表面CO2年通量(P0.05)。且随着有机氮比例的增加,促进作用逐渐增强(P0.05)。(3)后期不同形式氮添加实验(2015和2016年)结果表明,无机氮添加抑制了土壤呼吸速率,而随着有机氮比例的增加,对土壤呼吸速率的影响由抑制作用转变为了促进作用(P0.05)。通过壕沟法对土壤呼吸组分进行了分离测定,研究结果揭示后期不同形式氮添加对土壤呼吸速率造成的差异主要来源于异养呼吸的贡献。(4)不同形式氮添加处理对叶子的分解速率产生了不同的影响方式。无机氮添加显著降低了叶子的分解速率(P0.05),随着有机氮比例的增加,不同形式氮添加处理对分解速率的影响由抑制变为促进作用(P0.05)。(5)不同形式氮添加对落叶松[1+2]级根和[3+4]级根的影响不同,而这种差异主要是由于不同根序细根的碳源质量造成的。即无论何种形式的氮添加处理对直径较细的[1+2]级根的分解速率均无影响(P0.05)。而无机氮添加显著抑制了[3+4]级根的分解速率(P0.05),有机氮显著促进了[3+4]级根的分解速率(P0.05)。(6)无机氮添加显著降低了细根生物量,且随着有机氮比例增加,不同形式氮添加对细根生物量的抑制作用逐渐转变为促进作用。平衡转移法和内生长法结果均表明无机氮添加显著降低了细根产量和周转率,有机氮提高了细根产量和周转率。同时,对菌根侵染率的研究结果表明,无机氮添加显著降低了一级根的菌根侵染率,而有机氮添加却增加了侵染率。(7)经过连续3年的氮添加实验,不同形式氮均增加了蔗糖酶、纤维素酶、酸性磷酸酶和脲酶活性(P0.01),而对多酚氧化酶和过氧化物酶活性的影响因无机氮和有机氮比例不同而存在差异。无机氮添加抑制了多酚氧化酶和过氧化物酶活性,有机氮添加促进了多酚氧化酶和过氧化物酶活性。(8)无机氮添加均显著降低了微生物量碳和易氧化碳含量(P0.05),随着有机氮比例的增加,抑制作用逐渐转化为了促进作用。然而,不同形式氮添加处理提高了土壤可浸提溶解性有机碳含量。综合分析,本研究结果主要强调了研究模拟氮沉降对森林土壤碳循环过程影响的同时,应考虑大气氮沉降组分中有机氮所占比例对研究结论的影响。若忽视有机氮成分,可能会高估大气氮沉降对温带森林土壤碳库的贮存作用。
【图文】：

不同形态氮,土壤呼吸,土壤温度,含水率

机氮：有机氮＝３：７）和Ｎ６邋（无机氮：有机氮＝０：１０）处理。逡逑每个生长季内，不同形态氮添加水平下土壤含水率（０－１０邋ｃｍ）差异不显著＞逡逑０．０５），土壤含水率的季节变化基本一致（图３－２）。但不同生长季内，土壤含水率最大逡逑值出现的时间不一致，２０１４年和２０１５年土壤含水率最大值均出现在８月份，而２０１５年逡逑的土壤含水率出现在５月份。利用测得的土壤呼吸速率数据与土壤含水率进行多种线性逡逑和非线性模型拟合，拟合结果表明土壤含水率对土壤呼吸速率影响不显著（７＾＞邋０．０５）。逡逑３．２．４不同形态氮添加对落叶松林土壤呼吸的影响逡逑落叶松人工林土壤呼吸速率对氮沉降增加的响应因施氮时间长短，，而存在差异（表逡逑３－３）。模拟氮沉降第１年（２０１４年）

通量,生长季,形式,不同形态氮

３．２．５不同形态氮添加对落叶松林土壤呼吸年通量的影响逡逑落叶松人工林生长季内土壤表面ｃｏ２通量对不同形式氮增加的响应与土壤平均呼吸逡逑速率的响应一致，也因施氮时间的长短而存在差异（图３－３）。模拟氮沉降第１年（２０１４逡逑年）
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S714

【参考文献】