模拟氮沉降对华西雨屏区光皮桦林凋落物分解、土壤酶活性和土壤呼吸的影响

发布时间：2020-06-17 15:26

【摘要】： 化石燃料的燃烧、化肥的使用和固氮作物的种植极大的影响了活性氮的生成和沉降速率,使得大气氮沉降成比例增加。我国已成为全球三大氮沉降集中区之一(分别为欧洲、美国和中国),氮沉降的现状和未来的发展趋势已引起了国际社会的高度关注。四川省自2000年实施退耕还林工程以来,境内形成了大面积的人工林,而以光皮桦(Betula luminifera)为优势树种的防护林占了很大比例,在长江中上游生态屏障建设及地区经济发展中,具有重要的生态和社会效应。本研究以处于四川盆地边缘华西雨屏区光皮桦林为对象,通过模拟氮沉降,研究了光皮桦林凋落物分解、土壤呼吸和酶活性动态对氮沉降的响应特征及其机制,为评估未来大气氮沉降对该区森林土壤碳收支状况提供参考。 从2008年1月至2009年2月,对华西雨屏区光皮桦人工林进行了模拟氮沉降实验,氮沉降水平分别为：对照(CK,0 g N m-2·a-1)、低氮(L,15g N m-2·a-1)、中氮(M,15 g N m-2·a-1)、高氮(H,30 g N m-2·a-1)、研究氮沉降对光皮桦林凋落物分解、土壤酶活性和土壤呼吸的影响,主要结果如下： 应用分解袋法研究了光皮桦林凋落物分解动态,结果表明,氮沉降的增加对凋落物分解产生抑制作用,并随着时间的推移,抑制作用表现的愈明显,当分解进行到13个月时,CK,L,M,H凋落物残留率分别为33.6%,46.5%,49.2%,53.2%。氮沉降的增加抑制了凋落物中纤维素和木质素的分解,经氮处理后凋落物中纤维素浓度降低而木质素的浓度上升,表明木质素的分解是制约凋落物分解的关键性因子。凋落物失重率与气温和降雨量均存在显著的线性相关性(P0.05,n=7)。随着氮沉降浓度的增加,土壤中有效N、P元素以及pH值产生梯度变化,其中有效P含量和pH值的降低可能是凋落物分解受到抑制的重要非生物因素。土壤中过氧化物酶活性在分解初期受到氮沉降的促进而后期受到抑制作用,其与木质素失重率存在显著相关性(P＜0.05,n=7),而多酚氧化酶活性随着氮沉降的增加其活性也受到抑制,表明木质素降解酶活性的降低可能是凋落物分解受到抑制作用的重要生物因素。 凋落物分解过程中,每次取走分解袋时采集其下0-10cm土壤样品,测定土壤酶活性。结果表明,光皮桦林土壤蔗糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶、磷酸酶和纤维素酶具有明显的季节变化,均在夏季出现活性高峰,而脲酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性未表现出明显的季节动态。。经氮沉降处理后,蔗糖酶、淀粉酶和纤维素酶活性仍具有明显的季节动态,而过氧化氢酶和磷酸酶活性的季节动态不明显。氮沉降使得土壤蔗糖酶、脲酶活性升高,但随着施氮量的增加,其促进作用减弱,如脲酶、蔗糖酶活性在施加高氮时活性比中氮降低。研究发现,氮沉降促进了春季和冬季中蔗糖酶、淀粉酶、磷酸酶和纤维素酶的活性,这可能由于氮沉降刺激了部分在较低温度下活性较弱的微生物种群的活动,从而提高了土壤中有机质分解相关酶的活性。 应用LI-8100土壤碳通量分析系统和气压过程分离(Barometric Process Separation, BaPS)技术分别研究了土壤呼吸日变化和月动态。结果表明,土壤呼吸具有明显的季节动态,各处理土壤呼吸最高值均出现在7月份；氮沉降初期,各处理土壤呼吸差异不明显,5月份以后各氮沉降处理土壤呼吸开始表现出抑制效应,随着施氮浓度的增加,抑制效应愈加明显(CKLMH);土壤呼吸日变化基本呈现单峰曲线,呼吸速率最高值一般出现在14：00-16：00。随着氮沉降的增加,对土壤呼吸产生的抑制效应增强,这可能与光皮桦林土壤本身的氮素状态有关。各处理土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著指数正相关关系,对土壤呼吸与土壤温度和湿度的偏相关分析得出,温度能解释土壤呼吸的大部分变异(50.1%-79.8%),是影响光皮桦林土壤呼吸的主导因子。随着氮沉降浓度的增加,土壤呼吸的Q10值减小,表明氮沉降可能降低了土壤呼吸的温度敏感性。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S714
【图文】：

施氮7个月后，对各样地(CK，L，M，H)土壤微生物生物量进行测定发现，随着氮沉降浓度的增加土壤微生物生物量碳下降，分别为0.75，0.65，0.55，0.53g’kg一，(图19)。

本文编号：2717805