模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程微生物生物量的影响

为进一步深化氮沉降对凋落物分解影响的研究,2016年3月—2017年3月,在华西雨屏区天然常绿阔叶林内,用凋落叶分解袋法研究了模拟氮沉降对凋落叶分解过程中微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP)的影响。实验设置了对照(0 g N m~(-2)a~(-1))、低氮(5 g N m~(-2)a~(-1))、中氮(15 g Nm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(30 g N m~(-2)a~(-1)) 4个处理。结果表明:低氮和中氮处理显著增加了凋落叶分解过程中的MBC和MBN,以低氮处理增加幅度最高;低氮和中氮处理对凋落叶分解过程中的MBP影响不显著;高氮处理显著降低了分解过程中的MBC、MBN和MBP。随模拟氮沉降量的递增,凋落叶分解过程中微生物生物量碳氮比逐渐减少,微生物生物量碳磷比呈现先增加后下降的趋势。研究结果说明,氮沉降影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程中微生物生物量,进而改变了凋落物的分解过程。     

华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤可培养微生物数量对模拟氮沉降的响应

为了解氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林土壤微生物数量的影响,从2013年11月至2014年12月,通过野外模拟N(NH_4NO_3)沉降,氮沉降水平分别为对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮沉降(L 50 kg N hm~(-2)a~(-1))、中氮沉降(M 150 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(H 300 kg N hm~(-2)a~(-1)),研究了氮沉降对天然常绿阔叶林0—10cm和10—20cm土层土壤可培养微生物数量的影响。结果表明:华西雨屏区天然常绿阔叶林0—10cm土层的细菌、真菌和放线菌数量均显著大于10—20cm土层,氮沉降未改变原有垂直分布格局。L处理对0—10cm和10—20 cm土层土壤微生物总量无显著影响,M和H处理则显著降低了土壤微生物总量。氮沉降降低了0—10cm和10—20cm土层的细菌数量,且抑制作用随氮沉降量的增加而增强。氮沉降降低了0—10cm土层的真菌数量,但下降幅度与氮沉降量之间无明显规律;在10—20cm土层,M和H处理在夏季显著增加了真菌数量,表明适量氮沉降能有效缓解夏季土壤真菌的氮限制状态。氮沉降对0—10cm土层放线菌数量的影响表现为先促进再抑制,L和M处理增加了放线菌数量,H处理降低了放线菌数量;氮沉降增加了10—20cm土层的放线菌数量,其中M处理的促进作用最大。氮沉降对土壤微生物数量的影响随土壤深度的增加而减弱。     

模拟氮沉降和降雨量改变对华西雨屏区常绿阔叶林土壤有机碳的影响

从2013年11月至2015年12月,通过原位试验,在华西雨屏区常绿阔叶林内设置了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(A)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NA)6个处理水平,研究了模拟氮沉降和降雨量改变对常绿阔叶林土壤有机碳的影响。结果表明:华西雨屏区常绿阔叶林土壤各土层有机碳含量表现为夏季较高,春冬季较低,0—10 cm土层有机碳含量高于10—20 cm土层。从各处理土壤有机碳含量的平均值来看,0—10 cm土层土壤有机碳含量高低顺序表现为:RNRCKANNA;10—20 cm土层表现为:RNRACKNAN。模拟氮沉降和增雨处理促进了华西雨屏区常绿阔叶林土壤有机碳的累积,模拟减雨抑制了土壤有机碳的累积。常绿阔叶林0—10cm土层土壤C/N值显著高于10—20 cm,土壤C/N值随土层加深而呈现出增加的趋势,降雨使土壤C/N降低,增雨使土壤C/N增高。同一氮沉降条件下,增雨处理增加了土壤有机碳的含量,减雨处理减少了土壤有机碳的含量;同一降雨条件下,氮沉降增加土壤有机碳的含量。氮沉降和降雨对土壤可溶解性有机碳和微生物生物量碳含量产生显著影响(P0.05),对土壤活性碳含量影响不显著(P0.05);其交互作用对土壤有机碳、可溶解性有机碳、微生物生物量碳和活性碳含量影响不显著(P0.05)。     

模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响

从2013年11月至2015年5月,采用凋落物分解袋法,设置了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(A)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NA)6个处理水平,研究了模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林凋落物分解的影响。结果表明:华西雨屏区常绿阔叶林凋落叶分解较快,凋落枝分解较慢;凋落物夏季分解较快,其他季节分解较慢。经过18个月的分解后,凋落叶和枝的质量残留率分别为45.86%和86.67%,凋落叶分解50%需要的时间为1.42 a,比枝短6.19 a。各处理凋落物叶分解系数表现为:k(A)k(CK)k(NA)k(N)k(R)k(NR),凋落枝质量残留率表现为:NNRRNACKA。模拟氮沉降、减雨和增雨处理凋落叶分解50%分别需要1.79、1.94a和1.36a,凋落枝分解50%分别需要8.84、8.63 a和6.47 a。各处理凋落叶分解95%需要5.37—11.33 a,凋落枝分解95%需要27.41—33.84 a。同一氮沉降条件下,增雨处理促进凋落叶分解,减雨处理抑制凋落叶分解;同一降雨条件下,氮沉降抑制凋落叶分解。氮沉降或降雨对凋落物的分解产生显著影响(P0.05),其交互作用影响不显著(P0.05)。可见,在氮沉降持续增加和降雨格局改变的背景下,增雨促进了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物的分解,氮沉降和减雨抑制了凋落物的分解,模拟氮沉降和降雨对凋落物的分解交互作用表现不明显。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物木质素和纤维素降解的影响

从2013年11月至2014年11月,采用尼龙网袋法对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物进行原位分解试验,模拟N(NH₄NO₃)沉降水平分别为对照(0 g N·m^-2·a^-1)、低氮沉降(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮沉降(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮沉降(30 g N·m^-2·a^-1),研究了N沉降对常绿阔叶林凋落物分解及其木质素和纤维素降解的影响.结果表明:华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物在夏季分解较快,明显快于其他季节.N沉降显著抑制了阔叶林凋落物的分解,抑制作用随N沉降量的增加而加强.N沉降使凋落物质量损失95%的时间与对照(4.81年)相比增加了0.53～1.88年.经过1 年的分解,中氮沉降和高氮沉降处理木质素和纤维素残留率显著高于对照,表明N沉降显著抑制了凋落物木质素和纤维素的降解.凋落物质量残留率与木质素和纤维素残留率呈显著正相关.N沉降抑制凋落物分解的原因可能是无机N的添加对木质素和纤维素的降解造成了阻碍.     

模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区常绿阔叶林土壤呼吸的影响

从2013年12月至2014年11月,通过野外原位试验,对华西雨屏区常绿阔叶林进行了模拟氮沉降和降雨试验,采用LI-8100土壤碳通量分析系统(LI-COR Inc.,USA)测定了对照(CK)、氮沉降(N)、减雨(R)、增雨(W)、氮沉降+减雨(NR)、氮沉降+增雨(NW)6个处理水平的土壤呼吸速率,并通过回归方程分析了温度和湿度与土壤呼吸速率间的关系。结果表明:(1)氮沉降和增雨抑制了常绿阔叶林土壤呼吸速率,减雨促进了常绿阔叶林土壤呼吸速率。(2)减雨使华西雨屏区常绿阔叶林土壤呼吸年通量增加了258 g/m~2,而模拟氮沉降和增雨使华西雨屏区常绿阔叶林土壤呼吸年通量分别减少了321g/m~2和406g/m~2。(3)减雨增加了土壤呼吸的温度敏感性,模拟氮沉降和增雨降低了土壤呼吸的温度敏感性。(4)模拟温度和湿度与土壤呼吸速率间回归方程分析表明,土壤水分对土壤呼吸速率的影响较小。(5)模拟氮沉降和增雨处理减少土壤微生物生物量碳、氮的含量,减雨处理增加了土壤微生物生物量碳、氮的含量。(6)模拟氮沉降和降雨对华西雨屏区土壤CO_2释放的影响未表现出明显的交互作用。     

模拟氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中基质质量的影响

为理解氮沉降对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落物分解过程的影响,采用立地控制实验和凋落物分解袋法,研究了低氮沉降(L,50 kg N hm~(-2)a~(-1))、中氮沉降(M,150 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮沉降(H,300 kg N hm~(-2)a~(-1))对华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中基质质量的影响。结果表明:N沉降抑制了凋落叶的分解,并随着N沉降量的增加,抑制作用增强。N沉降遏制了凋落叶的C、N释放和纤维素降解,促进了P释放。N沉降提高了凋落叶的C/P比,中氮和高氮处理提高了凋落叶C/N比。N沉降显著增加了凋落叶N、木质素和纤维素的含量,分解1年后,各N沉降处理的木质素/N和纤维素/N均显著高于对照。N沉降提高了质量残留率与C/N、木质素/N和纤维素/N的相关性,降低了与C/P的相关性。可见,模拟N沉降显著影响了华西雨屏区天然常绿阔叶林凋落叶分解过程中的基质质量,进而影响了凋落叶的分解过程。     

南亚热带常绿阔叶林土壤微生物生物量碳氮年际动态特征及其影响因子

土壤微生物是土壤有机质和养分循环的主要驱动者,研究土壤微生物生物量碳氮变化、稳态特征及其对环境因子内在的长期响应机理具有重要意义。以南亚热带常绿阔叶林土壤为对象,对土壤微生物生物量碳和氮(MBC和MBN)、土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、可溶性碳(ROC)、速效氮(AN)、pH、土壤温度(ST)和土壤含水量(SWC)进行连续10年监测;应用方差分析、相关性和回归分析及稳态分析等探究MBC和MBN的年际变化和稳态特征及主要影响因素。研究结果表明:(1)旱季MBC和MBN含量分别在171.32-358.45和25.90-54.08 mg/kg区间波动,雨季分别在394.01-507.97和68.40-88.05 mg/kg区间波动;旱、雨季的MBC含量年际间变化显著(P < 0.05),但MBN含量仅在旱季变化显著(P < 0.05)。雨季MBC和MBN含量均显著高于旱季(P < 0.01),且雨季的MBC和MBN含量是旱季的2倍以上。(2)旱、雨季的MBC与MBN之间均呈显著正相关(P < 0.05)。在旱季,MBC和MBN均与ROC和AN含量显著正相关(P < 0.05),此外,MBN含量也与TP(P < 0.05)和SOC(P < 0.01)显著正相关。在雨季,仅SOC与MBN呈显著正相关(P < 0.05)。(3)在旱季,MBC含量变化主要受ROC(P < 0.05)和AN(P < 0.001)影响,MBN则受AN控制(P < 0.05)。在雨季,AN(P < 0.05)主导了MBC的变化,TP(P < 0.05)和SOC(P < 0.05)是MBN变异的主导因子。AN(P < 0.001)和SOC(P < 0.001)是旱、雨季土壤MBC和MBN变化的主导因子。(4)土壤MBC和MBC/MBN稳态指数在年际间均为绝对稳态型(P>0.05);雨季的MBN(P=0.685)为绝对稳态型,但旱季为非稳态(P < 0.01,H > 1)。雨季微生物熵显著高于旱季(P < 0.01),表明土壤有机质质量及养分利用效率更高。综上,MBC和MBN含量受季节更替显著影响,且主要受土壤SOC和AN的影响;受旱季水分限制,MBN的稳态更差。     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林土壤活性有机碳库和根生物量的影响

从2008年1月起,对华西雨屏区慈竹(Neosinocalamus affinis)人工林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK,0 g.m-.2a-1)、低氮(5 g.m-.2a-1)、中氮(15 g.m-.2a-1)和高氮(30 g.m-.2a-1)。在模拟氮沉降1.5 a后,按土层深度取土样和根样,测定不同深度土壤活性有机碳含量和根生物量。结果表明,华西雨屏区慈竹林土壤有机碳、微生物量碳、浸提性溶解有机碳和活性碳含量均随土层深度的增加而减少。氮沉降显著减少了土壤微生物量碳和活性碳含量,显著增加了浸提性溶解有机碳含量,并使得土壤碳库管理指数减小。同时,慈竹林根密度在氮沉降条件下减少了12%-14%。说明氮沉降的增加减少了土壤有机碳中的活性部分,增加了土壤有机碳的淋溶流失,降低了慈竹林土壤碳库质量。同时,根系生物量的减少,间接影响了土壤微生物活动和土壤碳周转过程。在未来氮沉降持续增加的背景下,慈竹林土壤对碳的保持能力可能会下降。     

川南天然常绿阔叶林土壤酶活性特征及其对模拟N沉降的响应

通过原位进行低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg N·hm-2·a-1)处理,研究了川南天然常绿阔叶林土壤酶活性特征及其对模拟N沉降的响应.结果表明,森林土壤过氧化氢酶、脲酶、纤维素酶和蔗糖酶的活性在垂直分布上均表现为0～10 cm土层高于10～20 cm土层;各种土壤酶活性的季节变化明显,但土壤酶活性还因取样时间和土层不同而异.其中,0～10 cm和10～20 cm土层中过氧化氢酶活性高峰均出现在秋季(92 d);0～10 cm土层中脲酶活性高峰出现在秋季,而10～20 cm土层中脲酶活性高峰出现在冬季(183 d);0～10 cm和10～20 cm土层中土壤纤维素酶活性高峰则出现在翌年春季(274 d);0～10 cm土层中蔗糖酶活性有两个高峰,分别出现在秋季和翌年春季;而10～20 cm土层中蔗糖酶活性只有一个高峰,出现在翌年春季.总体上,常绿阔叶林中不同土壤酶活性对N沉降的响应有所差异.其中,N沉降降低了常绿阔叶林土壤纤维素酶和过氧化氢酶活性,增加了土壤脲酶和蔗糖酶活性.不同浓度N处理间酶活性表现出了不同程度的差异性,但其变化的规律还不明显.     

长白山天然次生林土壤微生物量对氮沉降的响应

土壤微生物作为土壤养分的生物驱动因素,氮沉降会改变其活性和生物量,从而打破土壤养分循环动态平衡。氮沉降对热带、亚热带森林以及温带原始林生态系统土壤微生物量影响的研究较多,但对温带天然次生林影响的研究鲜有报道。于2016年5月(春)、7月(夏)和9月(秋)分别对长白山模拟10年氮沉降的控制试验样地——白桦山杨次生林进行了野外调查。控制试验分为3个氮添加处理,对照(CK 0 kg N hm~(-2)a~(-1))、低氮(LN 25 kg N hm~(-2)a~(-1))和高氮(HN 50 kg N hm~(-2)a~(-1)),按照土壤层(0—10 cm和10—20 cm)分别测试了不同处理的土壤微生物量碳(MBC)和氮(MBN)、土壤全碳(TC)、全氮(TN)和全磷(TP)、p H、土壤可溶性有机碳(DOC)和氮(DON)等指标。结果表明:1)土壤p H在氮沉降的作用下显著降低;上层土壤TC、TN在氮沉降下变化较小,下层土壤TC、TN的含量显著增加;氮沉降下春、夏两季土壤TP含量上升,LN处理在秋季对TP有抑制作用;氮沉降对DOC、DON的影响不显著。2)上层土壤MBC春季到秋季呈现递减的趋势,下层土壤呈现先升后降的趋势,HN对MBC有抑制作用,LN对下层土壤MBC有促进作用;土壤MBN由春季到秋季呈现递减的趋势,且上、下层土壤MBN差异显著;氮处理对春、秋两季MBN有促进作用,夏季有抑制作用;氮沉降使春、秋两季MBC/MBN降低,夏季土壤MBC/MBN升高。3)氮处理、季节变化和土层深度对MBC、MBN存在显著影响,其交互影响也显著。总之,长期氮沉降在生长季对土壤微生物量的影响具有季节性差异,且受到土层深度的影响。未来研究在重视年际变化的同时,也要注重时空动态对氮沉降作用表现出的差异性。