氮、酸沉降对亚热带森林凋落物分解的影响

发布时间：2020-09-24 10:31

　　 近年来,随着人类活动的日益增加以及经济的快速发展,全球性的气候和环境变化愈演愈烈,譬如大气氮沉降和酸沉降等。它们已经成为严重的环境问题,影响着森林生态系统的结构和组成,尤其是森林凋落物的分解系统。截至目前,许多研究调查了单一类型的氮或者酸雨对森林凋落物分解的影响。然而,在自然界中,大气氮沉降和酸沉降是由多种类型的化合物混合而成的。大气氮沉降不仅包括无机氮(比如NH4+、NO3-等)沉降,同时也包括有机氮(比如脲、氨基酸等)沉降。酸雨不仅包括硫酸型酸雨(SAR),同时也包括硝酸型酸雨(NAR)。因此,单一类型的氮或酸雨增施已不能准确地反映氮和酸沉降对凋落物分解的影响,研究和辨别不同类型的氮和酸沉降对森林凋落物分解的影响势在必行。本研究选择中国南京的紫金山地区作为实验样地。首先,通过室内模拟实验评估豆科植物和非豆科植物凋落物分解对不同类型氮增施的响应并比较其差异性。在本研究中,选择豆科植物刺槐(Robinia pseudoacacia)和非豆科植物枫香(Liquidambar formosana)的叶凋落物作为实验材料,分别将两种叶凋落物与其原生土混合培养六个月,期间用五种不同类型的氮(NH4+、NO3-、脲、甘氨酸以及前四者的混合氮)进行增施处理。然后,通过野外控制实验探究针叶林和阔叶林中土壤微生物量及微生物活性对不同类型有机氮沉降的响应。在本研究中,以紫金山上两种优势树种针叶林的马尾松(Pinus massoniana)和阔叶林的栓皮栎(Quercus variabilis)作为研究对象,每月分别用五种不同类型的有机氮(脲、甘氨酸、丝氨酸、壬胺以及前四者的混合氮)喷施针叶林和阔叶林的森林土壤,共喷施一年。最后,为了探究硫酸型、硝酸型以及混合型酸雨对中国亚热带森林凋落物分解、土壤微生物量和酶活的影响,将针叶林马尾松和阔叶林栓皮栎的叶凋落物分别与其原生土混合,室内培养六个月,期间用五种不同比例的SO42-/NO3-(1:0、5:1、1:1、1:5和0:1)酸雨溶液进行喷施。在上述三个实验的培养期间,跟踪测定凋落物的失重速率、土壤微生物量、土壤pH以及相关分解酶的活性等。主要研究结果如下:(1)所有类型的氮均加速了豆科植物和非豆科植物的凋落物分解速率,且在混合氮处理下的凋落物分解速率显著高于在单一类型氮处理下的分解速率。混合氮和NO3--N处理显著增加了豆科植物凋落物的分解速率,而混合氮、甘氨酸和脲处理显著增加了非豆科植物凋落物的分解速率。在这两种林型中,混合氮处理下的土壤酶活高于单一类型氮处理下的土壤酶活,氮增施对土壤pH和土壤微生物量未产生显著的影响。本研究结果表明氮增施在没有影响土壤微生物量的情况下,可能通过改变微生物分解酶的分泌从而影响了凋落物的分解进程。本研究结果也进一步揭示了在凋落物分解过程中,与单一类型的氮相比,混合氮是主要的控制因素,由混合氮引起的凋落物分解的增速效应可能会诱发地下碳以二氧化碳的形式释放到大气中,进而可能打破生态系统碳吸收与碳释放之间的平衡。(2)在针叶林和阔叶林中,脲和氨基酸处理显著增加了土壤微生物量和土壤酶的活性,相反,壬胺和混合氮处理显著抑制了土壤微生物量和土壤酶的活性。脲和氨基酸处理对阔叶林土壤酶活的促进作用更显著,而壬胺处理对针叶林土壤酶活的抑制作用更显著。有机氮处理抑制了土壤微生物分泌与氮循环相关的土壤酶,相反却促进了土壤微生物分泌与碳循环相关的土壤酶。本研究结果表明有机氮的类型显著影响了土壤微生物量、土壤酶活以及二者之间的关系,进而可能会对土壤碳、氮循环以及土壤二氧化碳的释放造成影响。此外,本研究结果也表明土壤微生物对不同类型的有机氮沉降表现出强烈的反馈。(3)所有类型的酸雨均抑制了针叶林和阔叶林凋落物的分解速率、土壤微生物量和大部分土壤酶的活性,且硝酸型酸雨的抑制作用显著高于硫酸型和混合型酸雨。阔叶林中土壤微生物群落对酸的缓冲作用强于针叶林的。硝酸型酸雨和混合型酸雨通过减弱凋落物失重率与相关分解酶的相关性从而减缓了土壤碳、氮和磷的矿化。本研究结果揭示了酸雨中SO42-与NO3-的比值显著地影响了凋落物的分解过程。随着经济的发展,酸雨中SO42-与NO3-的比值呈现逐渐下降的趋势。这样,从长期来看,酸沉降将导致土壤碳库的积累,从而改变生态系统碳流、营养循环以及腐殖质形成间的平衡,进而对森林生态系统造成多重影响。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2013
【中图分类】：S714

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本文编号：2825619