模擬氮沉降對(duì)東北地區(qū)興安落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)呼吸主要組分影響研究.pdf

1、森林生態(tài)系統(tǒng)的碳積累主要取決于生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)總呼吸之間的平衡。因此，探索森林生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)組分的呼吸特征及對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)對(duì)于構(gòu)建森林生態(tài)系統(tǒng)模型和準(zhǔn)確評(píng)估森林在全球碳循環(huán)中的作用至關(guān)重要。土壤呼吸和樹干呼吸是森林生態(tài)系統(tǒng)呼吸的主要組成部分，伴隨著全球大氣氮沉降量的持續(xù)增加，研究氮沉降對(duì)這兩個(gè)過(guò)程的影響，并探討其影響機(jī)理，對(duì)于深入理解森林生態(tài)系統(tǒng)碳平衡和林木碳平衡都具有非常重要的意義。但是由于其生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性及受多種因素

2、制約，氮沉降增加對(duì)森林土壤呼吸和樹干呼吸的影響仍然存在很大的不確定性。本研究以東北典型造林樹種興安落葉松為研究對(duì)象，2011年5月至2013年10月，對(duì)帽兒山地區(qū)落葉松人工林進(jìn)行了模擬氮沉降試驗(yàn)，氮沉降水平分別為對(duì)照(0 g N·m-2 a-1)、低氮(5 g N·m-2a-1)、中氮(10 g N·m-2 a-1)和高氮(15 g N·m-2 a-1)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)樣地。所施氮肥為NH4NO3，以溶液方式在生長(zhǎng)季內(nèi)每月噴施

3、一次。采用紅外氣體分析法對(duì)土壤表面CO2通量和樹干表面CO2通量進(jìn)行了連續(xù)3年的測(cè)定，研究結(jié)果表明:
　　(1)2011年帽兒山地區(qū)生長(zhǎng)季內(nèi)大氣氮濕沉降量為19.16 kg N hm-2。
　　(2)模擬氮沉降試驗(yàn)初期（2011年）結(jié)果表明，氮沉降增加顯著促進(jìn)了落葉松林土壤呼吸速率和生長(zhǎng)季內(nèi)土壤表面CO2通量(P＜0.05)。對(duì)照、低氮、中氮和高氮處理樣地平均土壤呼吸速率分別為2.35、2.43、2.57和2.70μmol·

4、m-2·s-1，生長(zhǎng)季內(nèi)土壤表面CO2通量分別為365.1、370.8、381.5和397.6 g C·m-2。模擬氮沉降試驗(yàn)初期亦顯著提高了土壤呼吸Q10值(P＜0.05)。其中，對(duì)照、低氮、中氮和高氮處理下土壤呼吸Q10值分別為3.10、3.22、3.25和3.32。
　　(3)模擬氮沉降試驗(yàn)中期和后期(2012和2013年)結(jié)果表明，氮沉降增加顯著抑制了落葉松林土壤呼吸速率和生長(zhǎng)季內(nèi)土壤表面CO2通量（P＜0.05）。201

5、2和2013年，對(duì)照、低氮、中氮和高氮處理樣地平均土壤呼吸速率分別為2.67和2.90μmol·m-2·s-1，2.83和2.65μ mol·m-2·s-1，2.39μ mol·m-2·s-1和2.50μmol·m-2·s-1，2.43和2.21μmol·m-2·s-1;生長(zhǎng)季內(nèi)土壤表面CO2通量分別為395.3和378.5 g C·m-2，405.5和362.6 gC·m-2，375.2和346.7 g C·m-2，362.4和325

6、.8 g C·m-2。模擬氮沉降試驗(yàn)中期和后期顯著降低了土壤呼吸Q10值(P＜0.05)，2012和2013年，對(duì)照、低氮、中氮和高氮處理下土壤呼吸Q10值分別為3.53和3.49，3.16和3.25，3.35和3.07，3.10和2.92。模擬氮沉降試驗(yàn)中期，通過(guò)對(duì)無(wú)根土壤進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)結(jié)果表明，氮沉降增加顯著降低了土壤微生物呼吸速率(P＜0.05)，對(duì)照、低氮、中氮和高氮處理下土壤表層(0-10 cm)微生物呼吸分別為10.8、8.6

7、、8.2和7.0 mg C kg· soil-1 h-1。氮沉降處理同樣降低了土壤微生物生物量碳和氮(P＜0.05)，且土壤表層(0-10 cm)土壤微生物生物量碳能夠解釋不同氮沉降處理水平下土壤表面CO2通量77％的變化。
　　(4)極差值法、平衡轉(zhuǎn)移法和內(nèi)生長(zhǎng)法計(jì)算得到的細(xì)根產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率差異較大。平衡轉(zhuǎn)移法和內(nèi)生長(zhǎng)法結(jié)果均表明氮沉降增加顯著降低了細(xì)根產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)率(P＜0.05)，極差值法結(jié)果表明不同氮處理水平下細(xì)根產(chǎn)量和周轉(zhuǎn)差

8、異不顯著(P＞0.05)。另外，細(xì)根(＜2 mm)生物量能夠解釋不同氮沉降處理水平下土壤表面CO2通量82％的變化。
　　(5)無(wú)論初期（2011年）還是中后期（2012和2013年）模擬氮沉降試驗(yàn)，研究結(jié)果都表明氮沉降增加均促進(jìn)了生長(zhǎng)季內(nèi)樹干表面CO2通量(P＜0.05)，但促進(jìn)程度有所差異。2011年生長(zhǎng)季內(nèi)，對(duì)照、低氮、中氮和高氮處理樣地樹干表面CO2通量分別為63.7 g C·m-2、60.2 g C·m-2、72.5 g

9、 C·m-2和79.0 g C·m-2;2012年生長(zhǎng)季內(nèi)，分別為67.8 g C·m-2、72.3 g C·m-2、78.1 g C·m-2和86.5 g C·m-2;2013年生長(zhǎng)季內(nèi)，分別為73.6g C·m-2、81.1 g C·m-2、82.9 g C·m-2和95.2 g C·m-2。模擬氮沉降試驗(yàn)亦顯著促進(jìn)了生長(zhǎng)季內(nèi)樹干呼吸Q10（P＜0.05），2011年生長(zhǎng)季內(nèi)，對(duì)照、低氮、中氮和高氮處理樣地樹干呼吸Q10分別為1.9

10、7、1.95、1.97和2.05;2012年生長(zhǎng)季內(nèi)，分別為1.67、1.80、2.01和2.54;2013年生長(zhǎng)季內(nèi)，分別為1.72、1.54、1.88和2.20。另外，氮沉降增加顯著增加了樹干氮含量(P＜0.05)，低氮、中氮、和高氮處理下氮元素的含量分別為1.00、1.32、2.02和2.35 g kg-1。樹干氮含量解釋了生長(zhǎng)季內(nèi)樹干呼吸速率38.3％的變化。
　　綜合分析，本研究主要表明，伴隨著大氣氮沉降量的持續(xù)升高，氮