氮沉降对樟树人工林凋落物及其养分动态的影响

【摘要】从工业革命以来,人类活动制造了大量的活性氮,使得大气氮沉降成比例的增加。中国已经成为全球除欧洲、美国之外第三大氮沉降集中区。过量的氮沉降已经引起了土壤和水体酸化、水体富营养化、陆地生态系统氮饱和、营养元素失衡等一系列的生态问题。凋落物作为森林生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分,它在维持土壤肥力、植物生产力、微生物活性以及森林生态系统碳循环等方面都有重要作用。因此,在氮沉降全球化的背景下,研究氮沉降对凋落物及其养分动态的影响显得尤为重要。本文选取湖南省森林植物园的樟树人工林作为研究对象进行模拟氮沉降的实验,实验设置4种氮添加水平CK(OgN·m-2·a-1,对照)、IN(5gN·m-2·a·（-1）,低氮),MN（15gN.m（-2）·a（-1）,中氮）,HN(30gN·m-2·a-1,高氮),研究氮沉降对樟树林凋落量、凋落物养分含量、元素归还量以及凋落物分解的影响。结果表明：（1）樟树人工林的年凋落量在CK、LN、MN、HN4个水平上分别为4.53±0.32、3.95±0.28、3.56±0.41、4.46±0.48t.hm’2.a-1,说明施氮处理对凋落量有一定的抑制作用。施氮处理没有改变凋落量的季节动态,但改变了凋落物的月凋落量,在凋落量最大的3-4月,LN、MN处理抑制樟树林的凋落量,而HN处理表现为促进作用。在凋落量相对较大的8-10月,施氮处理抑制樟树林的凋落量,但在凋落量相对较少时,LN、MN处理对凋落量有促进作用,HN处理有抑制作用。施氮处理对枝、叶凋落量的影响主要表现为抑制作用,对果、碎屑凋落量的影响无规律性。（2）施氮处理后凋落物的养分含量大小顺序为：ON>Ca>K>Mg,其中,碳含量没有显著变化,但相对于CK处理,LN、MN、HN处理后凋落物的氮含量都有所增加,说明凋落物各组分中氮元素的含量对氮沉降的响应较敏感。樟树人工林对氮元素的吸收率随着时间的推移逐渐降低。施氮处理增加了凋落物K、Ca、Mg元素的含量,但变化趋势不太明显。凋落物各组分C/N比经施氮处理（LN、MN、HN）后均有所下降,凋落枝、叶、果的C/N比的平均值比CK处理分别下降了37.22%、34.21%和35.57%,22.10%、22.65%和1.90%,28.15%、11.36%和12.61%,说明施氮使得凋落物中氮含量显著增加,从而引起凋落物C/N比下降。（3）凋落物中元素的年归还总量大小顺序均表现为：(>N>Ca>K>Mg。施氮处理抑制了凋落物C、Ca、Mg元素的年归还量,促进了凋落物N元素的年归还量。HN处理促进了K元素的归还量,LN、MN处理抑制了K元素的归还量。在各组分中,施氮处理对凋落枝、叶中C元素的归还量有抑制作用,LN、HN处理对凋落枝N元素的年归还量有明显的促进作用,而MN处理表现出轻微的抑制作用；LN、MN处理对凋落叶N元素的年归还量有促进作用,而HN处理表现出轻微的抑制作用。LN、HN处理对凋落果中C、N、K、Ca、Mg元素的归还量有促进作用,MN处理对元素归还量表现出轻微的抑制作用。（4）经过施氮处理后,樟树凋落枝的干重残留率分别为：39.5%、35.9%、34.8%、37.8%,凋落叶的干重残留率分别为：8.5%、9.8%、9.6%、9.1%,明显低于凋落枝的干重残留率。说明在自然状态下,凋落叶的分解速率明显大于凋落枝的分解速率。施氮处理促进了凋落枝的分解却抑制了凋落叶的分解,但CK与LN、MN、HN处理间差异并不显著（P>0.05）。凋落枝和凋落叶在分解过程中均表现为分解初期速率较慢,分解后期速率加快,之后分解速率变得平缓。各施氮水平下（CK、LN,MN,HN）,凋落枝的分解系数k分别为：0.830、1.090、1.085、1.075,周转期分别为3.609a,2.748a、2.761a、2.787a,可见,施氮处理对樟树凋落枝的分解有一定的促进作用。凋落叶分解系数k分别为：1.783、1.694、1.806、1.838,周转期分别为：1.723a、1.768a、1.659a、1.630a,可见,MN、HN处理对樟树凋落叶的分解表现为促进作用,低氮处理表现为轻微的抑制作用。（5）凋落枝、叶C元素在分解过程中处于释放状态,施氮处理对凋落枝、叶C含量没有产生显著的影响,分解初期,凋落枝、叶中C元素含量都有所减少,分解后期,凋落枝C净释放率呈波动式下降,而凋落叶C净释放率呈波动式上升。说明,施氮处理对樟树凋落枝C元素的释放有一定的抑制作用,而对凋落叶却表现为轻微的促进作用。各处理中N元素在实验期间处于富集状态。凋落枝、叶净释放率均在分解2个月时出现负值明显加大（固滞）且达到固滞最大值,在分解4个月时,N固滞急剧减小,在随后分解中,N固滞呈波动式下降,但下降幅度并不明显。在全年的分解实验中,施氮处理对凋落枝N净释放率有一定的抑制作用,而对凋落叶N含量没有产生显著的影响。凋落枝与凋落叶在分解过程中K净释放率变化情况相同,均表现为先上升后下降。凋落枝和凋落叶在分解初期（分解2个月）,各处理下Ca元素先后均出现了一定程度的固滞现象,分解2～10个月,Ca净释放率呈波动式上升,分解10个月达最大值（正值）。Mg元素在凋落枝、叶的分解过程中均表现为先富集后释放,Mg净释放率在凋落枝、叶分解2个月时均出现了一定程度的固滞现象,分解10个月时Mg元素处于释放状态且达最大值,分解12个月时Mg元素含量有所增加,但净释放率仍为正值。
【作者】赵晶；
【导师】闫文德；
【作者基本信息】中南林业科技大学，生态学，2014，硕士
【关键词】氮沉降；樟树人工林；凋落物；养分动态；分解；

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