【摘要】：自從工業(yè)革命以來,由于工業(yè)排放,以及農業(yè)活動造成的氮沉降急劇增加,氮的有效性問題在熱帶和亞熱帶地區(qū)正在迅速增加,并且在未來仍會持續(xù)增加,對全球碳循環(huán)將產生重要影響。同時,包括氮沉降在內的全球變化可以很大程度改變輸入到土壤的有機碳量,對地下碳循環(huán)和土壤呼吸帶來持續(xù)影響。由于森林類型、土壤氮狀況、氮沉降量等不同,氮沉降對森林土壤呼吸的影響存在差異,主要表現為促進、抑制和不顯著3種結果。然而,以往大多數相關研究主要在溫帶地區(qū)開展,而氮沉降和不同碳輸入如何影響熱帶亞熱帶森林生態(tài)系統土壤呼吸卻了解甚少。為此,我們在浙江天童典型亞熱帶常綠闊葉林,選取受氮限制的木荷(Schima superba)林,設計了模擬氮沉降和改變碳輸入對土壤呼吸影響的控制試驗,為更好地了解土壤呼吸機理以及在全球變化背景下的響應奠定基礎。試驗除了對照(OkgNha-1yr-1),設置了2種氮處理：低氮(50kg N ha-1yr1)和高氮(100kg N ha-1yr-1)。對土壤溫度、土壤含水量、凋落物量、細根量、細根氮含量、土壤有機質、微生物量等指標進行了測定。研究的主要結果為： (1)試驗周期內,凋落物總量、土壤細根生物量在各氮處理間無顯著差異,濕季凋落物總量顯著高于干季。細根氮含量在對照、低氮和高氮處理內分別為6.67±0.08、9.244±0.20和8.77±0.30mg g-1,低氮、高氮處理分別顯著提高了38.53和31.48%的細根氮含量。土壤微生物量碳隨著氮處理水平的提高有減少的趨勢,但各氮處理之間沒有顯著差異。不同氮處理的土壤有機質含量均在0-10cm最高,但各氮處理間的差異不顯著。同種氮處理下0-10cm的土壤有機質含量均顯著高于其他土層,各氮處理都沒有改變土壤有機質的垂直分布趨勢。 (2)對照、低氮和高氮處理的土壤呼吸速率平均值分別為2.52±0.31、3.244±0.32和3.08±0.28μmol CO2m-2s-1。短期的氮沉降顯著促進了土壤呼吸速率,但這種顯著影響是非線性的,其影響程度取決于施氮量的多少,低氮處理顯著促進了土壤呼吸速率,而高氮處理對土壤呼吸速率沒有顯著影響。氮處理沒有改變土壤呼吸速率的季節(jié)動態(tài),濕季土壤呼吸速率顯著大于干季。濕季內低氮處理顯著提高了土壤呼吸速率,干季內氮處理對土壤呼吸速率都沒有顯著影響。土壤溫度分別解釋了對照、低氮和高氮處理下89.53、65.51和73.18%的土壤呼吸速率變異。土壤呼吸溫度敏感性系數Q10在對照、低氮和高氮處理分別為2.42、2.02和2.00,氮處理降低了Q10。不同氮處理土壤含水量與土壤呼吸速率之間均沒有顯著相關性,土壤含水量并不是土壤呼吸速率變化的主要決定因素。 (3)凋落物處理以及凋落物和氮處理的交互效應對土壤含水量均有顯著影響。氮處理對照內去除凋落物顯著降低了土壤呼吸速率,去除凋落物對土壤呼吸的貢獻率為-25.32%,而加倍凋落物對土壤呼吸速率沒有顯著影響。不同氮處理對去除凋落物的土壤呼吸速率沒有顯著影響,低氮處理顯著提高了加倍凋落物的土壤呼吸速率。除高氮處理外,其他氮處理下去除和加倍凋落物的土壤呼吸速率在干季和濕季間都有顯著差異。干季和濕季內,低氮和高氮處理對去除凋落物的土壤呼吸速率都有顯著影響,只有高氮處理對加倍凋落物的土壤呼吸速率有顯著影響。 隨著氮沉降水平的提高,氮處理逐漸擴大了去除和加倍凋落物對土壤呼吸貢獻率的抑制作用。隨著氮沉降水平的提高,氮處理+去除凋落物處理逐漸促進了土壤呼吸貢獻率,并且主要發(fā)生在濕季；低氮處理+加倍凋落物處理促進了土壤呼吸貢獻率,主要發(fā)生在干季,而高氮處理+加倍凋落物處理抑制了土壤呼吸貢獻率,主要發(fā)生在濕季。不同氮處理下去除和加倍凋落物的土壤溫度與土壤呼吸速率都存在顯著關系,而與土壤含水量的關系均不顯著。 (4)切根處理對土壤溫度沒有顯著影響,而對土壤含水量有顯著影響。氮處理下切根處理沒有改變土壤溫度的季節(jié)動態(tài)。氮處理對切根處理的土壤溫度和含水量沒有顯著影響,并且不同氮處理下切根處理的土壤溫度和含水量在干季和濕季都沒有顯著差異。各氮處理內切根處理都顯著降低了土壤呼吸速率,與濕季內情況相同。氮處理對照下,切根處理對土壤呼吸的貢獻率為-11.28%。隨著氮處理水平的提高,切根處理對土壤呼吸貢獻率的抑制作用不斷增強,并且這種抑制作用在干季大于濕季。隨著氮處理水平的增高,氮處理+切根處理逐漸促進了土壤呼吸的貢獻率,氮處理緩解了因切根處理對土壤呼吸的降低,這種促進作用主要發(fā)生在干季。氮處理降低了切根處理后的土壤呼吸溫度敏感性系數。不同氮處理下切根處理的土壤呼吸速率與土壤溫度均有顯著關系,而與土壤含水量關系不顯著。 (5)總體而言,根呼吸和凋落物呼吸在氮處理下顯著增加,土壤微生物呼吸顯著減少,顯著響應都主要在濕季。濕季各組分土壤呼吸在不同氮處理有顯著差異,干季各組分呼吸低于濕季,但干季內各組分土壤呼吸在不同氮處理間的差異不顯著。氮處理對根呼吸貢獻率的影響主要是低氮處理在濕季的顯著提高；氮處理對凋落物呼吸貢獻率的顯著影響主要是低氮處理,干季和濕季均有；氮處理對微生物呼吸貢獻率的顯著影響主要來自干季的低氮處理。另外,低氮處理對根呼吸貢獻率和土壤微生物呼吸貢獻率的影響在干季和濕季之間有顯著差異。 以上結果表明,短期模擬氮沉降顯著促進了亞熱帶木荷林的土壤呼吸,并且這種顯著影響因氮沉降水平、季節(jié)差異等因素而不同。未來持續(xù)氮沉降背景下,亞熱帶木荷林土壤呼吸對氮沉降的長期響應值得今后進一步深入研究。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S714
【圖文】：

Jobbagy & Jackson, 2000，Sedjo，1993)。森林的凈碳平衡，是由光合作用吸收的碳與呼吸、分解、砍伐所造成的碳分解之間的平衡（如圖1.1所示)，并且凈碳平衡是由氣候（Raich & Schlesinger，1992), 土壤類型（Howard，1993)和管理方式(Fernandez era/., 1993, Jandl et al., 2007)等因素決定的。土壤碳庫！Cr存著大量碳，其le存量至少大氣層蓄存量的兩倍（Tamocaiefa/.，2009)。有研究認為土壤碳It存量的平均值為76.6 Pg C yr_i (Raich & Potter,1995)，但同時也有報道說平均值大概為68 Pg C yr_i(Raich& Schlesinger, 1992)。土壤有機碳庫，特別是森林土壤有機碳，作為重要的陸地生態(tài)系統碳庫之一，影響著碳平衡和森林立地條件（Lal^ 2004)。森林土壤有機碳的來源主要是森林的地表調落物和植物根系。調落物對土壤有機碳的輸入主要表現在其自身的分解作用

本研究的樣地選為浙江省寧波市天童森林生態(tài)系統國家野外科學觀測站(29°52'N, 121°39'E, 200 ma.s.l.)(圖2.1)。該區(qū)域位于中亞熱帶北緣，具有典型的亞熱帶季風氣候，年均氣溫為16.2。C，年均降雨量為1374.7 mm (宋永昌和王祥榮，1995)。該野外科學觀測站地處中國東部地區(qū)，根據其季風的特點和規(guī)律，每年通常有兩個降水相對集中的濕季（4-6月和9-11月）。\ i J "angzhmi f .一VUgfnd ? \ )* — v ^ / ^—一 ，被， X V 1\L ,逸=一丨 ‘▲ Tiantong ‘ FajianLZJ ZN— 。懌“。

2010年12月初，在木荷林內，選擇坡度較平坦，土壤養(yǎng)分和林分密度比較均句一致的位置，隨機選擇并建成9塊20x20 m2處理（圖2.2)，將PVC板置于在土壤深度為50 cm左右位置將各個處理隔離，且處理與處理之間留有10 m緩沖帶，防止處理之間由于施氮梯度及降雨等因素造成干擾。Z] I 1 V

本文編號：2763729