长江三角洲是我国大气湿氮沉降最高的地区之一,该地区常绿阔叶林演替系列对维持区域碳平衡意义重大。大气氮沉降增加可能改变土壤呼吸过程,然而目前关于长江三角洲常绿阔叶林不同演替阶段土壤呼吸对氮沉降响应的研究十分缺乏。本研究以长江三角洲常绿阔叶林演替前期受氮元素限制的灌丛林、演替中期受氮磷限制但以氮限制为主的针阔混交林、演替后期受磷元素限制的常绿阔叶林为研究对象,利用4个处理水平的氮沉降模拟试验,结合土壤环割切断根系处理的土壤呼吸组分拆分技术和动态箱/IRGA技术等研究手段,开展各演替阶段土壤呼吸及其组分的定期观测,确定各演替阶段土壤呼吸及其组分的动态变化规律和环境响应特征,量化土壤呼吸及其组分对不同氮沉降处理水平响应程度和方式的差异,阐明不同演替阶段土壤呼吸及其组分对氮沉降响应的差异与控制机理。研究成果将为准确模拟和预测长江三角洲森林碳循环对人类活动的响应趋势提供宝贵的科学数据和理论依据。
soil respiration;nitrogen deposition;evergreen broadleaved forest;litterfall;microbial
本研究以长江三角洲地区典型常绿阔叶林为研究对象,通过氮磷沉降模拟实验(6个处理水平),结合离子交换树脂法、土壤呼吸原位观测、凋落物收集和养分测定及土壤微生物指标测定,观测了研究区域大气氮素湿沉降的季节动态,比较了常绿阔叶林土壤呼吸对不同氮磷添加水平的响应差异,分析了生物环境因子对土壤呼吸的影响,分析了氮磷添加水平对凋落物生产和养分归还的影响。研究表明(1)2011年3月至2012年2月研究区域硝态氮沉降通量为9.20 kg N/hm2/a,铵态氮沉降通量分别为9.36 kg N/hm2/a,总无机氮素湿沉降沉降量为18.56 kg N/hm2/a;(2)2011-2012年各处理间凋落物年生产量不存在显著差异。凋落物年平均氮含量( P 处理除外) 和年平均磷含量增加;凋落物氮磷含量季节动态发生改变,而对凋落物氮磷年归还量没有显著影响。(3)施肥第一年(2011年),各施肥处理与对照处理的土壤呼吸平均值均没有显著差异;施肥第二年,高氮处理显著促进了土壤呼吸,高氮处理与P和P+HN处理间差异显著;施肥第三年,低氮和高氮处理的土壤呼吸速率与对照处理、施磷肥处理差异显著。同一月份不同处理间土壤呼吸速率的比较发现,施氮处理对土壤呼吸显著地促进作用、施氮处理和施磷处理土壤间的差异主要发生在夏季。(4)施磷处理下土壤呼吸的温度敏感性(Q10=2.1)高于其他处理,可能与施磷处理后增加了土壤微生物酶的活性有关。