冻融循环对寒温带针叶林土壤碳氮矿化的影响及氮素添加的调控效应

发布时间：2018-04-21 05:12

  本文选题：寒温带针叶林 + 冻融循环　； 参考：《西南大学》2015年硕士论文

【摘要】：部分中高纬度和高海拔地区土壤随着全球气候变化正经历更频繁而广泛的冻融作用。冻融循环会改变原有生态系统中土壤理化性质、微生物种类组成和活性,进而影响土壤碳氮过程。同时,由于人类活动的密集化,大气中含氮化合物含量迅速增加,反过来大气中的氮又沉降到陆地和水域生态系统中。氮沉降会改变森林生态系统的生产力和生物量积累,深刻地影响着森林生态系统的碳储存和氮循环过程。现阶段关于氮沉降影响土壤碳氮矿化过程的研究很多,且多集中在温、亚热带及热带森林,对寒温带针叶林关注较少。而寒温带针叶林地区纬度高,土壤热量对气候变化的响应十分敏感,冻融交替事件对土壤中碳素、氮素存在如何的影响,以及氮沉降的增加是否对这种影响有所调控是值得我们探讨的问题之一,但对于这方面的研究仍较少。因此,本研究选取大兴安岭森林土壤作为研究对象,以人工增氮控制实验为平台,设计室内模拟实验,旨在阐明冻融循环对我国北方寒温带针叶林土壤碳氮矿化过程的影响及氮沉降对这种影响是否存在调控效应,为非生长季土壤碳氮过程的野外观测提供理论依据。通过室内培养试验和后期数据分析,得到以下结论：1、以大兴安岭寒温带落叶松林土壤为研究对象,设置-1～8℃冻融循环和8℃恒温对照两个温度处理,各进行了48h室内培养和连续测定,研究了1次冻融过程中随着温度变化土壤碳矿化过程的动态变化以及不同模拟氮沉降水平对碳矿化的影响。研究结果表明,48h的测定时间内土壤碳矿化速率,表现出与温度随时间的变化较为一致的趋势。-1～80C冻融循环时,当土壤温度从80C向-1℃降温和从-1℃向8℃升温时,土壤碳矿化速率也相应的降低和升高；在土壤温度恒定时,土壤碳矿化速率也表现为相对稳定的状态。在土壤冻融循环中,-1℃和8℃恒温时氮沉降水平显著影响土壤碳矿化速率,其中高N土壤具有最高的碳矿化速率；8℃恒温过程中,土壤碳矿化速率亦受到氮沉降水平的显著影响(P=0.000),但CK土壤的碳矿化速率显著高于N输入土壤(P=0.000)。利用指数模型计算了降温和升温过程中不同氮沉降水平处理下土壤碳矿化的温度敏感性(Q10),发现温度变化过程(P=0.000)和氮沉降水平(P=0.000)对土壤碳矿化的温度敏感性存在显著影响。其中升温过程的温度敏感性高于降温过程,低NH4NO3处理土壤的在升温过程中对温度变化更为敏感。土壤冻结降低了土壤碳矿化速率,进而影响土壤释放到大气中的CO2量。而氮沉降减小了冻融对土壤碳矿化的降低作用。因而在氮沉降加重的情形下,非生长季低温下的土壤会释放出更多的碳。2、以大兴安岭寒温带落叶松林土壤为研究对象,进行30天的室内培养实验,研究了8。C恒温和-5～8℃冻融循环处理对土壤碳、氮矿化过程的影响以及土壤碳、氮矿化累积量之间的关系。结果表明,培养温度和培养时间对土壤碳矿化速率和土壤碳矿化累积量均有显著影响。冻融处理土壤的碳矿化速率显著高于8℃恒温培养下的土壤碳矿化速率,但第7次和第15次冻融循环后,冻融土壤碳矿化累积量显著低于恒温土壤的碳矿化累积量。土壤氮矿化速率没有受到培养温度、培养时间以及二者交互作用的显著影响,但培养时间和培养温度对土壤无机氮净矿化累积量产生了极其显著的影响。第5、7、15次次冻融循环后,-5～8℃冻融处理的土壤无机氮净矿化累积量低于80C恒温培养的土壤无机氮净矿化累积量。经过30天的培养,土壤碳、氮矿化累积量在80C恒温处理下是-5～80C冻融处理下的倍1.42和2.21倍。8℃恒温和-5-8℃冻融两种培养温度下,土壤碳矿化累积量与土壤无机氮净矿化累积量均为正相关关系。-5～8℃的冻融循环降低了大兴安岭寒温带落叶松林土壤碳排放和无机氮的累积,有利于土壤碳的固持和减少养分的流失。3、以大兴安岭寒温带落叶松林低NH4NO3和高NH4NO3输入土壤为研究对象,进行30天的室内培养实验,研究了不同氮沉降水平之间,冻融对土壤碳氮矿化过程影响的差异。研究表明：氮输入水平(P=-0.000)对土壤碳矿化速率有极其显著的影响。总体上三种氮输入水平之间,低N输入提高了土壤碳矿化速率。同时从温度处理上来看,冻融循环处理和恒温处理下土壤的碳矿化速率差异显著(P=0.003),融化期冻融土壤的碳矿化速率要高于8℃恒温土壤。培养温度、培养时间和氮沉降水平均极其显著地影响了土壤氮矿化速率(P=0.000,P=0.000和P=-0.000)。在土壤碳矿化方面,氮沉降水平对冻融效应的影响极其显著(F=6.944,P=0.002)。冻融降低了CK土壤碳矿化累积量,冻融对CK土壤的这种降低作用随着培养时间的延长而增大。冻融同样降低了低氮输入土壤的碳矿化累积量,但这种冻融效应随着培养时间的增加而减小。培养初期冻融增加了高N土壤的碳矿化累积量,而在15次冻融后却降低了C02的总排放量。氮矿化方面,经过30天培养后,不同氮沉降水平土壤间,在土壤氮矿化上表现出来的冻融效应为CKOHNLN,即冻融降低了CK土壤中净无机氮累积量,而在氮输入土壤中,经过冻融后反而有利于土壤中无机氮的累计氮矿化,且在低NH4NO3输入土壤中表现更为明显。
[Abstract]:In this paper , the effects of freeze - thaw cycles on carbon and nitrogen mineralization in China ' s northern cold temperate coniferous forest were studied .
At constant soil temperature , the soil carbon mineralization rate was also relatively stable . In the soil freeze - thaw cycle , the nitrogen deposition level significantly influenced the soil carbon mineralization rate at -1 鈩，

本文编号：1781060