不同气候带四种典型森林中大气氮磷沉降的时空特异性研究
发布时间：2020-06-10 10:04
【摘要】：氮和磷是维系生态系统结构和功能的两大重要元素,其通过大气沉降的形式输入到陆地和海洋,是陆生和水生生态系统生物地球化学循环中的重要环节。随着人类活动的日益增强,如化肥的大量使用和化石燃料的急剧消耗,以及采矿活动的日益频繁等,导致活性氮和磷的输入量激增,使得大气氮、磷沉降已经成为地表生态系统氮磷循环中的重要组成部分。人类活动引起的氮和磷元素的时空格局分布的改变对森林生态系统的生物地球化学循环产生了深远的影响。通过对比研究不同森林类型的大气和穿透雨中氮和磷沉降的时空分布规律,可为进一步理解森林生态系统氮、磷养分循环及其交互作用,保护森林生态系统的碳汇功能,减少森林土壤养分流失等方面提供科学依据。本研究以河南宝天曼暖温带落叶阔叶林、浙江天目山亚热带常绿阔叶林、湖南会同亚热带杉木人工林和海南尖峰岭热带山地雨林为主要研究对象,采用离子交换树脂法监测其大气和穿透雨中氮和磷沉降的时空变化规律,主要研究结果如下:(1)宝天曼、天目山、会同和尖峰岭大气可溶性无机氮沉降通量分别为27.58±1.80,17.09±2.37,15.60±1.12和15.08±1.43 kg ha~(-1) yr~(-1),在空间格局上呈现出自北向南降低的趋势。(2)铵氮是氮沉降的主要形态,四个站点的铵硝比在1.65~7.57范围内,表明其受农业和畜牧业造成的氨挥发影响相对较大,而受工业活动的影响相对较小。(3)宝天曼和天目山的大气可溶性氮沉降在非生长季高于生长季,可能与这两个站点所处区域冬季能源消耗较大有关。此外,非生长季的降雨较低时大气悬浮颗粒物的集聚状态增强而提高大气氮沉降。会同和尖峰岭的大气可溶性无机氮沉降在生长季高于非生长季,一方面可能是由于春播时集中施肥导致氨挥发增强;另一方面,由于生长季温度升高,土壤硝化和反硝化过程加剧。(4)宝天曼、天目山、会同和尖峰岭大气磷沉降通量分别为1.51±0.11,0.56±0.07,1.34±0.12和0.16±0.01 kg ha~(-1) yr~(-1),受周边城市的影响较大。大气磷沉降均在生长季低于非生长季,可能由于冬、春季节(非生长季)风力较大,大气远距离传输带来的磷沉降增强;同时,风可使站点原位土壤扬尘,使得磷沉降加剧。(5)宝天曼、天目山和会同的大气氮沉降高于穿透雨,表明乔木冠层对氮的截留作用较强。同时,由于林冠叶片表面对氮素的吸收和吸附作用较强,进一步降低了穿透雨中的氮。(6)宝天曼、天目山和尖峰岭的大气磷沉降均低于穿透雨,表明冠层淋溶在森林生态系统磷循环中扮演重要角色。由于降雨中磷元素含量本身较低,且针叶林叶片磷含量普遍低于阔叶林叶片,而雨水的淋溶作用有限,使得会同杉木人工林的林内和林外降雨中的磷差异不显著。(7)宝天曼、天目山、会同和尖峰岭大气沉降的氮磷比分别为18.3±0.5,30.7±3.5,11.7±2.4和91.9±9.7,表明尖峰岭和会同的外源养分输入分别存在明显的磷和氮限制倾向;宝天曼和天目山较高的氮磷比亦表明存在磷输入相对不足。(8)宝天曼、天目山、会同和尖峰岭穿透雨中的氮磷比明显低于大气沉降,表明乔木冠层对氮的截留比磷更强,导致穿透雨的氮磷比减小。尽管大气氮沉降增强和CO_2浓度升高带来的施肥效应可以增强森林植被的生长和碳汇功能,然而由此所导致的磷限制将会削弱其效应。未来的研究需要综合考虑氮和磷的化学计量学平衡关系进行森林资源管理与可持续经营。
【图文】：
图 2-2 离子交换树脂柱照片。蓝色管内装有离子交换树脂，白色管用于野外遮阴，三角铁和圆头筋分别用于固定内管和外管。Figure 2-2 Photos of ion exchange resin tube. The blue tube contains the ion exchange resins and the wrtube is for shading in the field. The L-angle iron and stainless-steel bar are used to fix the outer and innetubes, respectively.在各试验样地的非林地处（无乔木冠层覆盖）及不同林型的乔木林冠下分别放置只树脂柱，其中 5 支用于吸附降雨中的阴阳离子（即 5 个试验重复），1 支为空白对照用于校正离子交换树脂的本底值。树脂柱底端据地面 50 cm，避免暴雨引起的地表溅影响测试结果。试验采用完全随机设计，树脂柱布设时尽可能覆盖较大的空间范围以坡度、坡向，以提高试验的代表性。试验共持续一年，期间树脂柱于 2015 年 10 月（20年 5 月至 10 月，生长季）和 2016 年 4 月（2015 年 11 月至 2016 年 4 月，，非生长季分两次收集。2.3 实验室分析2.3.1 离子交换树脂的洗脱
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S718.5
本文编号：2706138
【图文】：
图 2-2 离子交换树脂柱照片。蓝色管内装有离子交换树脂，白色管用于野外遮阴，三角铁和圆头筋分别用于固定内管和外管。Figure 2-2 Photos of ion exchange resin tube. The blue tube contains the ion exchange resins and the wrtube is for shading in the field. The L-angle iron and stainless-steel bar are used to fix the outer and innetubes, respectively.在各试验样地的非林地处（无乔木冠层覆盖）及不同林型的乔木林冠下分别放置只树脂柱，其中 5 支用于吸附降雨中的阴阳离子（即 5 个试验重复），1 支为空白对照用于校正离子交换树脂的本底值。树脂柱底端据地面 50 cm，避免暴雨引起的地表溅影响测试结果。试验采用完全随机设计，树脂柱布设时尽可能覆盖较大的空间范围以坡度、坡向，以提高试验的代表性。试验共持续一年，期间树脂柱于 2015 年 10 月（20年 5 月至 10 月，生长季）和 2016 年 4 月（2015 年 11 月至 2016 年 4 月，，非生长季分两次收集。2.3 实验室分析2.3.1 离子交换树脂的洗脱
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S718.5
【参考文献】
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1 王小治;尹微琴;单玉华;封克;朱建国;;太湖地区湿沉降中氮磷输入量——以常熟生态站为例[J];应用生态学报;2009年10期
2 李德军,莫江明,方运霆,彭少麟,Per Gundersen;氮沉降对森林植物的影响[J];生态学报;2003年09期
本文编号：2706138
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