大气CO2浓度上升和氮添加对南亚热带模拟森林生态系统土壤碳稳定性的影响

大气CO₂浓度升高和氮(N)添加对土壤碳库的影响是当前国际生态学界关注的一个热点。为阐述土壤不同形态有机碳的抗干扰能力, 运用大型开顶箱, 研究了4种处理((1)高CO₂浓度(700 µmol·mol^-1)和高氮添加(100 kg N·hm^-2·a^-1) (CN); (2)高CO₂浓度和背景氮添加(CC); (3)高氮添加和背景CO₂浓度(NN); (4)背景CO₂和背景氮添加(CK))对南亚热带模拟森林生态系统土壤有机碳库稳定性的影响。近5年的试验研究表明: (1) CN处理能明显地促进各土层中土壤总有机碳含量的增加, 其中, 下层土壤(5-60 cm土层)中的响应达到统计学水平。(2)活性有机碳库各组分对处理的响应有所差异: 不同土层中微生物生物量碳(MBC)的含量对各处理的响应趋势基本一致, 各土层中的MBC含量均为CN > CC > NN > CK, 其中0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm 3个土层的处理间差异都达到了显著水平; 10-20 cm与20-40 cm两个土层中的易氧化有机碳处理间有显著差异; 而对于各土层中水溶性有机碳, 处理间差异均不明显。(3)各团聚体组分中的有机碳含量的响应也有所差异: 20-40 cm与40-60 cm土层中250-2000 μm组分的有机碳含量存在处理间差异; 40-60 cm土层中53-250 μm组分的有机碳对各处理响应敏感, CC处理和NN处理都有利于该组分碳的深层积累, 尤其CN处理下的效果最为明显; 在各处理10-20 cm、20-40 cm及40-60 cm土壤中, < 53 μm组分中的碳含量间差异显著。大气CO₂浓度上升和N添加促进了森林生态系统中土壤有机碳的增加, 尤其有利于深层土壤中微团聚体与粉粒、黏粒团聚体等较稳定组分中有机碳的积累, 增加了土壤有机碳库的稳定性。     

不同氮添加量和添加方式对南亚热带4个主要树种幼苗生长的影响

为阐明南亚热带4个主要树种——海南红豆(Ormosia pinnata)、马占相思(Acacia mangium)、木荷(Schima superba)和马尾松(Pinus massoniana)幼苗生长对不同氮添加量和添加方式的响应差异, 进行了幼苗模拟氮添加实验。实验设置3个氮添加水平(对照: 背景大气氮沉降量5.6 g N·m^-2·a^-1, 中氮: 15.6 g N·m^-2·a^-1, 高氮: 20.6 g N·m^-2·a^-1), 每个水平分两种添加方式(幼苗冠层施氮和土壤表层施氮), 共6个处理: (1)土壤对照(S-CK); (2)土壤中氮(S-MN); (3)土壤高氮(S-HN); (4)冠层对照(C-CK); (5)冠层中氮(C-MN); (6)冠层高氮(C-HN), 每个处理设置6个重复。研究结果表明: 不同氮添加量下, 土壤施氮和冠层施氮对植物幼苗生长的影响不同, 氮添加量、氮添加方式和物种3个因子之间存在显著的交互效应。与对照相比, S-MN增加了马占相思和木荷幼苗的生物量, 降低了马尾松的株高和生物量, 而C-MN仅增加了马占相思的生物量, 对其他3个树种没有影响; S-HN增加了马占相思的生物量, 显著降低了马尾松的基径、株高和生物量(p < 0.01), C-HN增加了马占相思、木荷和马尾松的基径、株高和生物量(p < 0.01)。不同氮添加量和氮添加方式对幼苗生长的影响因物种而异, 所有氮处理下海南红豆和马占相思的生长均明显快于木荷和马尾松; 木荷和马尾松幼苗的生长在两种氮添加方式间差异显著, 冠层施氮比土壤施氮对其幼苗生长的促进作用更大。由此可见: 在氮沉降背景下, 阔叶豆科植物(海南红豆、马占相思)比阔叶非豆科植物(木荷)生长快; 阔叶树种(海南红豆、马占相思和木荷)比针叶树种(马尾松)生长快。在长期氮沉降环境下, 不同物种生长的差异响应有可能导致亚热带森林物种组成发生变化。