模拟氮沉降对樟树人工林土壤酶活性的影响

为探究氮沉降对亚热带森林土壤酶活性的影响,在樟树人工林中开展了野外模拟氮沉降试验。试验设置对照[CK,0 kg/(hm~2·年)]、低氮[N1,30 kg/(hm~2·年)]和高氮[N2,60 kg/(hm~2·年)]3种氮处理,分别在施氮前期(3个月)、中期(6个月)、后期(12个月)采集土壤样品,测定土壤酶活性。结果表明,与对照组相比,在0～10 cm土层,过氧化氢酶活性在3个月和12个月后受高氮沉降的显著促进作用;淀粉酶活性在施氮6个月和12个月后受氮沉降的显著促进作用;受氮沉降影响,蔗糖酶活性在施氮12个月后显著提升。在10～20 cm土层,过氧化氢酶、淀粉酶、蔗糖酶活性受氮沉降的影响不显著。从施氮时间来看,氮沉降对酸性磷酸酶活性的影响表现为先促进后抑制,在施氮后3个月时,0～10 cm土层酸性磷酸酶活性受低氮沉降的显著促进作用;在施氮后6个月时,10～20 cm土层酸性磷酸酶活性被氮沉降抑制。氮沉降对脲酶活性的影响则相反,在施氮后3个月时,10～20 cm土层脲酶活性受到显著抑制;在施氮后12个月时,0～10 cm土层脲酶活性受氮沉降的显著促进作用,10～20 cm土层脲酶活性仅受高氮沉降的显著促进作用。土壤蔗糖酶活性与淀粉酶活性呈极显著正相关关系,与脲酶活性呈显著正相关关系,土壤酸性磷酸酶活性与脲酶活性呈显著负相关关系,表明不同土壤酶活性之间的相关性存在差异。     

氮沉降对杉木人工林土壤有机碳和全氮的影响

通过野外模拟试验,研究氮沉降增加对杉木人工林土壤有机碳、全氮及C/N比的影响。试验设计为4种处理,分别为N0(0 kg.hm-2.a-1)、N1(60 kg.hm-2.a-1)、N2(120 kg.hm-2.a-1)、N3(240 kg.hm-2.a-1),每处理重复3次。以尿素[CO(NH2)2]作为氮源,每月以溶液方式对林地进行喷施。通过2 a的处理后发现,随着氮沉降水平的增加,土壤有机碳呈下降趋势,而全氮含量则不断上升,致使土壤C/N比降低。     

模拟氮沉降对杉木人工林土壤有效养分的影响

通过野外模拟试验,研究了氮沉降增加对杉木Cunninghamia lanceolata人工林土壤有效养分的影响。试验设计为4种处理,分别为N0(0 kg.hm-2.a-1),N1(60 kg.hm-2.a-1),N2(120 kg.hm-2.a-1),N3(240 kg.hm-2.a-1),每处理重复3次。以CO(NH2)2作为氮源,每月以溶液方式对林地进行喷施。通过2 a的处理后发现,随着氮沉降水平的增加,各处理土壤pH值、土壤速效磷、土壤速效钾、土壤交换性钙和土壤交换性镁质量分数均呈下降趋势,而铵态氮和硝态氮质量分数则不断上升。各处理中,不同层次土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁质量分数随土层深度增加而下降,而土壤pH值随土层深度增加而增加。图6表3参30     

杉木人工林林地土壤呼吸研究

采用CID-301PS光合测定仪,对20年生杉木人工林林地土壤的CO2排放动态进行了观测,结果表明,杉木林地土壤呼吸速率表现出明显的季节和日变化规律。其季节变化规律为:从1~7月份随温度呈上升的趋势,在7月达年呼吸速率(CO2)的最大值,为1.466μmol/(m2.s),8~12月呈逐渐递减的趋势,并且季节变化明显;日变化规律呈现出单峰曲线,最高峰出现在16:00~18:00。分析了林地土壤呼吸速率与环境因子的关系,指出林地土壤呼吸速率与进入土壤呼吸室的CO2浓度呈显著负相关,说明空气中CO2浓度的升高,将在一定程度上抑制土壤呼吸。同时得出杉木林地土壤呼吸速率与地下5cm温度呈显著正相关,建立了土壤呼吸速率与温度的回归方程,计算出杉木林地土壤的年呼吸量(CO2)为10.517t/(hm2.a)。     

模拟氮沉降和磷添加对杉木林土壤呼吸的影响

  目的  模拟氮沉降和磷添加对杉木Cunninghamia lanceolata林土壤呼吸的影响,对调控杉木林土壤碳循环提供科学依据。  方法  以10年生杉木林为研究对象,共设置9个处理水平[对照(ck)、低氮(N₃₀:30 kg·hm?2·a?1)、高氮(N₆₀:60 kg·hm?2·a?1)、低磷(P₂₀:20 mg·kg?1)、高磷(P₄₀:40 mg·kg?1)、低氮低磷(N₃₀+P₂₀)、低氮高磷(N₃₀+P₄₀)、高氮低磷(N₆₀+P₂₀)、高氮高磷(N₆₀+P₄₀)],探讨了大气氮沉降和磷添加对杉木林土壤呼吸的影响。  结果  施加氮磷没有改变杉木林土壤呼吸的季节性变化。单独施氮促进了杉木林土壤呼吸作用,高氮水平(N₆₀)对土壤呼吸的促进最显著(P＜0.05);单独施磷促进了杉木林土壤呼吸作用,高磷水平(P₄₀)对土壤呼吸的促进最显著(P＜0.05);氮磷复合作用下低氮高磷(N₃₀+P₄₀)对杉木林土壤呼吸的促进作用最为显著(P＜0.05)。相关分析发现:土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著正相关(P＜0.01),与土壤湿度呈极显著负相关(P＜0.01),低氮低磷水平下(N₃₀+P₂₀)土壤温度敏感性系数(Q₁₀)高于对照。  结论  氮沉降和磷添加均对杉木林土壤呼吸有促进作用,氮磷复合作用下对杉木林土壤呼吸的促进作用更为显著,其中高氮低磷的促进作用最为显著。图1表2参46     

氮沉降对杉木人工林凋落物微量元素含量的影响

在12年生的杉木人工林中开展4种水平的模拟氮沉降试验,分别为N0(对照)、N1、N2、N3,N沉降量依次为0、60、120、240 kg.hm-2.a-1。通过对凋落物的化学分析发现,4种微量元素在凋落物各组分中的年平均含量大小表现为Fe>Mn>Zn>Cu。氮沉降处理,尤其是中低水平的氮沉降(N1、N2)明显增加了凋落叶中Mn、Fe元素的含量,但在一定程度上降低了Zn元素含量。各微量元素在1 a中出现2个养分归还高峰期,第1次峰值大都出现在4月份,但第2次峰值出现的时间不一致。经N0、N1、N2、N3处理,Cu元素的年归还量分别为8.69、8.99、9.79和8.77 g.hm-2;Mn元素年归还量分别为244.91、293.95、278.68和200.99 g.hm-2;Zn元素年归还量分别为40.08、42.92、44.73和38.63 g.hm-2;Fe元素年归还量分别为459.00、614.09、598.81和406.28 g.hm-2。相对于N0处理,N1、N2处理表现出提高凋落物Cu、Mn、Zn、Fe元素归还量的正作用,而N3处理表现为负作用。     

杉木人工林土壤酶活性与土壤性质的通径分析

运用通径分析法对江西省大岗山杉木人工林土壤理化性质与土壤酶活性的关系进行了研究,探讨了不同土壤理化性质对土壤酶活性的影响程度和机理。结果表明:各种土壤性质不同程度影响着土壤酶活性的变化特征。土壤碱解氮含量通过强烈的直接作用及其与速效钾含量间的间接作用,在相当程度上决定着纤维素酶活性的变化;有机质含量在β 葡糖苷酶活性的变化中发挥着极其重要的作用;强烈的直接作用及与其他土壤性质间的间接作用使总孔隙度成为影响蔗糖酶活性的主要因素。土壤碱解氮含量和田间持水量决定了多酚氧化酶活性的大部分变异。和简单相关与回归分析手段相比,通径分析能更客观、全面地评价土壤理化性质对土壤酶活性的影响。      

生物炭和氮沉降对落叶松人工林土壤呼吸及其理化性质的影响

为了探讨氮沉降下施用生物炭在短期内对土壤呼吸和土壤理化性质的影响,以神农架林区落叶松(Larix gmelinii)人工林为研究对象,设置对照(CK)、添加氮素(处理1)、添加生物炭(处理2)以及添加氮素和生物炭(处理3)共4个处理.2019年5月—9月采用Li-8100A土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率,9月底采集土壤样品测定理化性质,分析施肥对落叶松人工林土壤呼吸的影响.结果表明:落叶松人工林土壤呼吸速率(Rs)的变化趋势与土壤温度(T)的变化趋势一致,呈现明显的季节动态.处理1的Rs在7月份和8月份均显著高于CK(P<0.05),分别比CK增加189.84％和95.70％;处理2的Rs在7月份显著高于CK(P<0.05);处理3的Rs在7月份和8月份均显著高于CK(P<0.05).4种处理的Rs与T都呈极显著的指数关系.与CK相比,处理1和处理3的Q10值明显增大,而处理2的Q10值没有明显变化.处理3的土壤有机碳(SOC)和土壤全氮(TN)质量分数均显著高于其他处理(P<0.05),SOC质量分数为52.98 g·kg-1,分别比CK、处理1和处理2提高26.48％、22.88％和17.30％;土壤TN质量分数为2.88 g·kg-1,分别比CK、处理1和处理2提高13.24％、13.41％和15.99％;处理1、处理2和处理3的土壤全磷(TP)质量分数均显著高于CK(P<0.05),分别比CK提高9.99％、6.92％和8.90％.土壤温度是该地区落叶松人工林生长季土壤呼吸的主要影响因素,模拟氮沉降下添加生物炭有助于该地区土壤碳汇和氮汇的增加.     

模拟氮沉降对杉木人工林凋落物氮素含量及归还量的影响

以亚热带杉木人工林为研究对象,开展4种水平的模拟氮沉降处理,分别为N0(对照)、N1(60kg/hm2.aN)、N2(120kg/hm2.a N)、N3(240kg/hm2.a N),每处理重复3次。通过对凋落物进行为期2年的监测后发现,氮沉降使落叶中的氮含量显著增加;凋落物其它组分中的氮含量对氮沉降的响应不敏感,处理之间没有显著差异。与对照(N0)相比,N2和N3处理分别使凋落物氮归还量增加10.9%和32.6%,而N1处理对氮归还量的影响不显著。氮素归还量还表现出一定的季节变化动态,虽各处理之间不尽相同,但总的来说,在2月份和5月份出现两个比较明显的峰值。     

杉木人工林凋落物分解对氮沉降增加的响应

通过野外模拟试验,研究了杉木人工林凋落叶分解对氮沉降增加的响应。试验设计为4种处理:N0（0 kg/(hm2·a),对照）、N1（60 kg/(hm2·a)）、N2（120 kg/(hm2·a)）、N3（240 kg/(hm2·a)）,每种处理重复3次。经660 d分解后,N0、N1、N2、N3处理凋落物残留率分别为24.58%、21.99%、15.46%和25.17%,分解系数分别为0.776 4、0.807 6、1.018 8和0.760 8,95%的凋落物分解所需时间分别为3.99、3.95、3.06和4.11年,表明N1、N2 促进了凋落物的分解,而N3则表现出一定的抑制作用。模拟氮沉降在一定程度增加了凋落叶中的氮含量,从而降低了碳氮比。除N3处理外,凋落物分解系数与凋落物中的氮含量呈显著的正线性关系,而与碳氮比呈负相关。      

模拟氮、硫复合沉降对杉木幼龄林植株C和N含量的影响

采用二次正交回归旋转设计,研究杉木人工幼龄林叶和枝的C、N含量和C/N与氮、硫沉降之间的关系,并建立模型.结果表明,氮沉降和硫沉降对降低杉木叶和枝的有机碳含量作用不显著.氮沉降能极显著提高杉木叶氮含量,显著提高枝氮含量,氮输入量的饱和临界值约为145 kg.hm-2.a-1;硫沉降可提高杉木叶和枝的氮含量,对叶作用不显著,对枝作用显著.硫沉降为26 kg.hm-2.a-1时叶的N含量达到最大值,硫沉降为30 kg.hm-2.a-1时,枝的N含量达到最大值.氮沉降和硫沉降对杉木叶和枝的C/N有显著的抑制作用(氮沉降作用更显著),对枝的影响较对叶的影响明显.试验处理前叶和枝的平均C/N分别为69.57和158.01,处理后叶和枝的C/N分别为51.36-68.25和98.25-147.21.     

杉木人工林凋落物大量元素含量与通量对模拟氮沉降的响应

在杉木人工林中开展野外模拟氮沉降试验,以探讨森林凋落物对氮沉降增加的响应。通过对凋落物的化学分析发现,4种氮沉降[(N0)0、(N1)60、(N2)120、(N3)240 kg.hm-2.a-1]处理下5种大量元素的年平均含量大小顺序表现为N>Ca>K>Mg>P。相对于N0,N1、N2、N3处理增加了落叶中N、K、Mg的含量,其中使N平均含量分别增加了3.85%、7.69%、28.30%;但在一定程度上降低了P、Ca含量。经N0、N1、N2、N3处理,凋落物中N的年归还量分别为6.93、7.74、8.70、8.50 kg.hm-2;P为0.63、0.70、0.70、0.60 kg.hm-2;K为3.67、4.29、4.50、4.11 kg.hm-2;Ca为4.72、5.09、5.06、4.47kg.hm-2;Mg为2.14、2.63、2.35、2.05 kg.hm-2。N1、N2处理提高了凋落物中5种元素的年归还量,而N3处理则降低P、Ca、Mg的年归还量。各大量元素归还量在1 a中均出现2个高峰期,其中第1次峰值出现在4月份,第2次峰值出现在6月或7月份。     

不同凋落物配比对杉木土壤微生物量碳氮的影响

[目的]探讨土壤微生物对不同配比杉木—火力楠凋落物分解的响应,为促进我国南方杉木人工林的可持续经营与发展提供科学依据.[方法]在我国南方典型酸雨区福建省邵武市4、15和32年生杉木人工林内,设5个凋落物分解试验处理,分别为杉木(C)、火力楠叶(M)、杉木:火力楠叶=2:1(C2M1)、杉木:火力楠叶=1:1(C1M1)、杉木:火力楠叶=1:2(C1M2),采用网袋法分析不同配比处理杉木人工林0~5 cm表层土壤微生物量的碳、氮含量及微生物量碳氮比的差异.[结果]4和15年生杉木人工林中土壤微生物量碳含量最高的处理分别为C2M1和C1M1,显著高于C、M单一配比处理(P<0.05,下同),32年生杉木人工林中各处理间土壤微生物量碳含量随时间波动变化;4、15和32年生杉木人工林中,不同混合凋落物与单一凋落物的土壤微生物生物量氮含量差异随时间的变化存在差异.各林龄土壤微生物量碳氮比在凋落物分解的不同时段存在明显波动变化,且分解时间为120和240 d时出现最低值.土壤温度与水分含量对4年生和15年生杉木人工林表层土壤微生物量碳氮的影响显著,对32年生杉木人工林影响不明显;各林龄表层土壤微生物量碳氮含量与土壤pH呈显著相关.方差分析结果表明,受林龄、杉木—火力楠凋落物配比及凋落物分解时间的多重影响,各林分表层土壤微生物量碳氮含量在凋落物整个分解周期内呈波动变化,其中微生物量碳含量的峰值出现在60和240 d,微生物量氮含量的峰值出现在120和240 d.[结论]对纯杉木幼龄林和中龄林的混交改良采用杉木—火力楠以2:1和1:1混交效果更佳,而在生产实践中对杉木—火力楠配比的选择还应综合考虑杉木林龄、土壤pH、土壤温度和水分含量等环境因子及季节变化的影响.     

氮沉降对杉木林土壤有效氮和磷含量的影响

为探究长期氮沉降对土壤有效氮和磷含量的影响,以亚热带杉木人工林为研究对象,研究10 a 氮沉降对杉木人工林土壤有效氮、磷含量的影响,并探讨干、湿季土壤有效氮、磷含量对氮沉降的响应动态。试验分为对照(0 kg?hm－2?a－1)、低氮(60 kg?hm－2?a－1)、中氮(120 kg?hm－2?a－1)、高氮(240 kg?hm－2?a－1)4种处理模拟氮沉降试验,结果表明,随着施氮量的增加,土壤铵态氮、硝态氮和有效氮含量呈上升趋势,并且铵态氮和硝态氮表现出明显的季节动态。土壤pH值和NH＋4－N/NO－3－N值随着施氮量增加而降低,有效磷的含量在中氮处理中最高, N/P值均在一个较高的水平范围。     

生物炭对杉木人工林土壤碳氮矿化的影响

为探讨杉木生物炭输入到土壤中后对土壤碳、氮矿化的影响和机制,通过室内培养实验,研究了单独施用生物炭、凋落物及其配合施用下土壤碳、氮矿化的特征以及可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量的变化。结果表明,生物炭单独施用或与凋落物同时添加到土壤中,均增加了土壤有机碳含量且抑制了土壤有机碳和/或凋落物的矿化。生物炭对DOC的吸附效应导致土壤可利用态碳显著降低,且单独添加生物炭后,土壤微生物生物量碳含量在培养初期显著降低,故这种吸附效应可能是生物炭抑制土壤有机碳矿化的重要原因之一。生物炭单独添加到土壤中在培养结束后(90 d)并未改变土壤氮的矿化量,但在培养过程中,却降低了土壤氮的矿化;然而,无论是否存在生物炭,添加凋落物均显著降低了土壤氮的矿化并增加了微生物生物量氮。这说明,无凋落物存在的情况下,生物炭的固氮效应呈现出短期效应。     

采伐剩余物管理措施对二代杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应

根据福建省南平市峡阳国有林场二代杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)人工林5种采伐剩余物管理措施(收获采伐剩余物和地被层、全树收获、仅收获树干和树皮以及加倍采伐剩余物、炼山)下0-40 cm深度土壤全碳、全氮含量15a的监测数据,研究了采伐剩余物管理措施对杉木林土壤碳氮含量的影响。结果显示,加倍采伐剩余物处理样地5次取样年份(造林第3年、第6年、第9年、第12年和第15年) 0-10 cm土层土壤全碳、全氮含量均高于其他处理样地,但单因素方差分析显示,采伐剩余物管理措施在5次取样年份对0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm土层全碳、全氮含量均没有显著影响(P >0.05)。重复测量方差分析显示,杉木造林15a期间土壤全碳、全氮含量随年份显著变化(P<0.01),但处理措施以及处理措施与取样年份的交互作用对3个土层土壤全碳、全氮含量影响不显著(P >0.05)。杉木林15年生时,不同处理样地3个土层碳储量差异不显著(P >0.05),0-40 cm土层平均值为88.71 Mg/hm²。表明采伐剩余物管理措施对亚热带杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应并不显著。