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文檔簡(jiǎn)介
1、氮沉降持續(xù)增加作為當(dāng)前全球環(huán)境變化最為突出問題之一,已經(jīng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重要的影響,同時(shí)也深刻地影響著凋落物的分解過程。凋落物分解作為森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要環(huán)節(jié)之一,其分解的快慢對(duì)森林土壤肥力的維持以及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有重要作用。由于不同的生態(tài)環(huán)境、不同樹種,凋落物性質(zhì)的差異和分解階段不同等原因,外源氮的輸入對(duì)凋落物分解過程的影響頗具爭(zhēng)議,其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。林草復(fù)合模式的構(gòu)建是人工林可持續(xù)發(fā)展的有效措施,臺(tái)灣
2、榿木作為我國(guó)退耕還林的重要樹種,具有較高的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但是,目前臺(tái)灣榿木林草凋落物分解對(duì)氮沉降的響應(yīng)鮮見報(bào)道。
通過定位模擬氮沉降試驗(yàn)的方式,研究臺(tái)灣榿木-黑麥草復(fù)合模式凋落物分解對(duì)模擬氮沉降的初期響應(yīng)。將臺(tái)灣榿木-黑麥草復(fù)合模式(A模式)及其對(duì)照(未種植黑麥草,B模式)凋落物組成分成了地上凋落物(葉、枝、果及其混合物)和地下凋落物(榿木細(xì)根、草根及混合根),分別放置于2種模式中進(jìn)行不同梯度(0、5、10、20 g·N
3、·m-2·a-1)的模擬氮沉降處理,以揭示林草復(fù)合模式單一種類凋落物及其混合的分解過程對(duì)外源N添加的響應(yīng)過程與機(jī)制。經(jīng)過對(duì)凋落物分解1a的模擬氮沉降處理,主要結(jié)果如下:
(1)在1a的研究期間內(nèi),臺(tái)灣榿木退耕地內(nèi)幾種凋落物分解速率符合Olson負(fù)指數(shù)分解模型。不同類別的凋落物分解速率有差異,草根分解最為迅速,葉和細(xì)根次之,枝和果分解最為緩慢,不同類別凋落物組分混合分解存在正交互作用,顯著促進(jìn)凋落物基質(zhì)的分解。臺(tái)灣榿木-黑麥草復(fù)
4、合模式的構(gòu)建顯著加快了葉、枝以及細(xì)根的分解(p<0.05)。模擬氮沉降促進(jìn)了分解前期凋落物質(zhì)量損失,抑制了B模式凋落物的后期分解,氮沉降水平的大小對(duì)凋落物分解的抑制作用因凋落物種類而異;促進(jìn)了A模式凋落物的分解,對(duì)地上凋落物的促進(jìn)作用達(dá)到顯著水平,其中以凋落物葉的促進(jìn)作用最為顯著(p<0.05),而對(duì)地下凋落物的促進(jìn)作用有限,只有在前40d達(dá)到顯著水平。黑麥草的植入顯著降低了臺(tái)灣榿木-黑麥草復(fù)合模式各凋落物組分的半衰期(T50%)和周轉(zhuǎn)
5、期(T95%),提高了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的周轉(zhuǎn)速率。在整個(gè)研究期內(nèi),各凋落物組分分解速率與凋落物C、N、P、纖維素、木質(zhì)素、C/N、木質(zhì)素/N等質(zhì)量指標(biāo)中2個(gè)或以上存在著顯著相關(guān),其中C含量能解釋凋落物分解速率的82.6%。在模擬氮沉降環(huán)境中,外源N的添加,使凋落物質(zhì)量指標(biāo)的高低對(duì)凋落物分解速率的影響被打亂。
(2)臺(tái)灣榿木退耕地各凋落物在1a的分解過程中均表現(xiàn)為C元素凈礦化,C質(zhì)量殘留率符合負(fù)指數(shù)模型。模擬氮沉降顯著降低了B模式
6、地上凋落物葉、果、枝及其混合物的C礦化,對(duì)地下凋落物C分解釋放影響不顯著。臺(tái)灣榿木-黑麥草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建,顯著促進(jìn)了凋落物分解過程中C的礦化,能有效緩解氮沉降對(duì)凋落物分解過程中C礦化的抑制。各凋落物組分在1a的分解時(shí)間內(nèi)均有1-2次的N富集過程,在實(shí)驗(yàn)后期均為凈氮釋放;凋落物P動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為,地上凋落物為釋放-富集-釋放,地下凋落物表現(xiàn)為凈釋放;K為凈釋放。不同氮沉降水平顯著影響凋落物N、P、K的釋放,前期表現(xiàn)為促進(jìn),后期表現(xiàn)為抑制;黑
7、麥草的植入進(jìn)一步促進(jìn)了N、P、K的釋放。
(3)在1a的研究期內(nèi),臺(tái)灣榿木退耕地中6種土壤酶兼有明顯的季節(jié)變化,其中,多酚氧化酶、過氧化物酶及脲酶活性高峰期出現(xiàn)在春季,纖維素酶活性高峰期在夏季,酸性磷酸酶活性高峰期在秋季,蔗糖酶活性高峰期在冬季。施加外源氮改變了臺(tái)灣榿木退耕地土壤酶活性,不同氮沉降處理對(duì)土壤酶的活性影響差異較大。氮沉降對(duì)土壤酶活性的影響具有積累效應(yīng),在模擬氮沉降環(huán)境中,外源氮的輸入增加了土壤纖維素酶和蔗糖酶活性
8、,氮水平越高酶活性越強(qiáng),在研究后期高氮沉降環(huán)境中蔗糖酶活性明顯被抑制;脲酶和酸性磷酸酶在模擬氮沉降環(huán)境中表現(xiàn)為低氨水平增加酶活性,高氮水平抑制;外源氮的輸入抑制了多酚氧化酶和過氧化物酶活性,且氮水平越高作用時(shí)間越久,抑制程度越大。在1a的研究期內(nèi),模擬氮沉降環(huán)境中,不同的N添加水平6種土壤酶積累活性與凋落物分解速率均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。種植多年生黑麥草后,土壤酶活性提高,有利于土壤養(yǎng)分利用與循環(huán)。
(4)凋落物分解養(yǎng)分釋放是土壤養(yǎng)
9、分的重要來源,模擬氮沉降增加了土壤有機(jī)碳(TOC)、全氮(TN)、有效氮(AN)、全磷(TP)和有效磷(AP)含量,同時(shí)降低了土壤C/N。土壤TOC、N和P對(duì)模擬氮沉降呈正響應(yīng),氮沉降的增加可能會(huì)提高土壤肥力并促進(jìn)植被的生長(zhǎng),進(jìn)而促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳的固定。經(jīng)過1a的模擬氮沉降試驗(yàn),臺(tái)灣榿木-黑麥草林草復(fù)合模式土壤TN、TP含量比對(duì)照林地含量低,但土壤TOC、AN及AP含量較對(duì)照林高。盡管多年生黑麥草種植造成對(duì)土壤中氮、磷等土壤養(yǎng)分吸收量的
10、增加,但是其凋落物(主要是地下根系)的快速周轉(zhuǎn)提高了土壤酶活性,使其N、P的有效性提高,更易于土壤養(yǎng)分的利用與循環(huán),有利于系統(tǒng)碳吸存。
綜上所述,模擬氮沉降對(duì)未種植人工牧草的臺(tái)灣榿木退耕地各凋落物分解表現(xiàn)為前期促進(jìn)、后期抑制,氮沉降水平的大小對(duì)凋落物分解的抑制作用因凋落物種類而異,主要是因?yàn)橐种屏撕笃诜纸饷富钚浴7N植人工牧草的臺(tái)灣榿木退耕地,由于多年生黑麥草的植入顯著提升了土壤酶活性,改善了土壤微環(huán)境,促進(jìn)了對(duì)外源添加N的吸收
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