南亚热带红椎人工林土壤氮循环对模拟减雨的响应

发布时间：2020-06-08 14:22

【摘要】：全球降水格局发生了时空改变,季节性干旱不断加剧是全球气候变化的重要特征之一。土壤氮循环是森林生态系统养分循环的重要组成部分,直接影响碳循环、食物供应和水土保持等生态服务。降水格局变化可能通过改变土壤氮输入、氮转化和氮输出,从而影响森林生态系统土壤氮循环,间接对陆地生态系统生产力和生物多样性产生影响。因此,本研究以南亚热带——红椎(Castanopsis hystrix)人工林为研究对象,铺设穿透雨减少50%和不减雨(对照)样地,开展连续5年的野外降水控制试验。分别采用凋落物筐和分解袋法、PVC顶盖埋管法和静态箱法,开展减雨条件下凋落物量和分解速率动态变化、土壤氮矿化过程及其作用机制、以及土壤N20与C02排放通量关系研究,揭示南亚热带红椎人工林生态系统土壤氮循环对模拟减雨的响应,为科学制定该地区适应全球气候变化的森林经营管理提供理论依据。主要研究结果如下:(1)与对照相比,减雨处理导致2015年枝凋落量和2017年凋落物总量分别显著增加了30%和36%(P0.05),表明减雨处理显著影响红椎人工林凋落物量,但是存在凋落物组分和年度差异。随着分解时间的增加,凋落叶碳浓度表现出“先下降而后趋于平稳”的变化趋势,凋落叶氮浓度则呈现出“快速上升-平稳-再上升”的变化趋势,可见凋落叶碳、氮养分释放模式存在差异。凋落叶分解两年后,减雨处理对凋落叶分解系数、残留率、碳浓度以及碳/氮比值的影响均不显著(P0.05),尽管减雨处理的凋落叶分解系数绝对值比对照低25%,凋落叶质量损失50%和95%所需要的时间分别比对照高32%和33%。(2)减雨处理对红椎人工林的铵态氮、总氮、可溶性有机氮含量、净氨化速率和土壤净氮矿化速率影响均不显著,但湿季,减雨处理导致0-10 cm土壤净硝化速率比对照显著提高了 136%;干季,减雨处理导致10-20 cm土壤净硝化速率比对照显著降低了 125%。通过干季和湿季对土壤水分的影响,进而影响土壤微生物群落结构,特别是丛枝菌根真菌,以及土壤净氮硝化速率,使红椎人工林生态系统土壤氮循环发生了改变。另外,减雨处理下红椎人工林土壤微生物量和微生物群落结构发生解耦合,土壤硝态氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量是影响红椎人工林湿季0-10 cm土壤微生物群落结构的因子。(3)减雨处理显著提高了湿季土壤CO2排放通量,比对照提高了 39%,然而未改变红椎人工林土壤N20排放通量,土壤CO2通量与N2O通量存在明显的正相关关系。Pearson相关分析结果表明,土壤CO2排放通量与5 cm土壤温、湿度呈二元线性正相关,土壤N20排放通量与5 cm土壤温、湿度的一元和二元线性关系均不显著。
【图文】：

技术路线图,技术路线

图１－１研宄技术路线逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｓｔｕｄｙ逡逑

样地,红椎,人工林

２０ｍｘ邋２０ｍ，样地间距至少２０ｍ。减雨处理开始时间为２０１２年９月。逡逑２．邋３．邋２减雨设计逡逑样地如图２－１所示［１２Ｑ］，每个减雨样地上方有１９８块透明薄膜（长３邋ｍ邋ｘ宽0．３邋ｍ），逡逑薄膜安装在距地面１－１．５邋ｍ邋（上坡）和３－３．５邋ｍ邋（下坡）的不锈钢架上，截获约５０％穿透逡逑雨通过样地内的导水槽（长４ｍ邋ｘ上口宽0．４ｍ邋ｘ下口宽0．２ｍ邋ｘ深0．４ｍ）和样地周逡逑围的排水沟（深３０－７０邋ｃｍ邋ｘ宽２０邋ｃｍ）排出样地。在减雨样地顺坡上、左、右方向埋入逡逑ｌｍ深ＰＶＣ膜，并修建挡水墙（宽０．１ｍ，高出地面０．３邋ｍ，入土深度０．３－１．０ｍ）以阻逡逑止样地外的地表径流和壤中流进入样地内。为消除减雨装置对样地的影响，对照样地铺逡逑设相同的不锈钢架，上面覆盖２－３邋ｍｍ孔径的白色尼龙网，每月清理薄膜、纱网和导水逡逑槽上的凋落物原位归还于样地内。逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S714

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