氮添加对典型阔叶红松林净初级生产力的影响

大气氮(N)浓度日益升高,N沉降对森林生态系统生产力的影响成为当前研究的热点。本研究在典型阔叶红松林内,使用尿素(CO(NH₂)₂)作为N源,通过向森林地表施N肥的方式对森林生态系统进行为期6年的N添加试验,探究N对森林生态系统各组分碳(C)密度及净初级生产力(NPP)的影响。施N水平分别为N0(0kg/(hm2·a))、N1(30kg/(hm2·a))、N2(60kg/(hm2·a))和N3(120kg/(hm2·a))。结果表明:N添加对森林生态系统植被C库、碎屑C库及土壤C库C密度均无显著影响(P>0.05);对整个森林生态系统的NPP无显著影响,然而对针叶NPP表现出显著抑制作用(P < 0.05),对阔叶NPP表现出显著促进作用。土壤全N含量不受施N影响,但与土壤有机C浓度呈现极显著(P < 0.01)的正相关关系,表明土壤全N含量是土壤有机C的重要影响因素。      

模拟氮沉降对油松林土壤有机碳和全氮的影响

本文通过长期原位模拟氮沉降试验,研究暖温带油松林土壤有机碳和全氮对外源氮添加的响应过程与机制。从2009至2011年,氮处理水平分别为对照(0 kg/(hm2·a),N0),低氮(50 kg/(hm2·a),N1),中氮(100 kg/(hm2·a),N2)和高氮(150 kg/(hm2·a),N3)。利用土钻法研究油松人工林和天然林不同土壤深度土壤有机碳和全氮对模拟氮沉降的响应。结果表明,氮沉降降低了人工林和天然林不同土层深度有机碳含量,有机碳含量下降幅度随氮沉降量的增加而增大,且表层土壤(0~20 cm)下降幅度大于深层土壤(20~40 cm,40~60 cm)。天然林表层土壤有机碳下降幅度大于人工林。氮沉降显著增加了人工林表层土壤全氮含量(P0.05),但对天然林表层土壤全氮含量无显著影响(P0.05)。      

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。      

鼎湖山主要林下层植物光合生理特性对模拟氮沉降的响应

通过模拟氮沉降试验,研究了南亚热带季风常绿阔叶林林下层3种优势树种光叶山黄皮、黄果厚壳桂和厚壳桂叶片的光合生理特性对氮沉降增加的响应.试验21个月后,氮沉降显著增加了林下层3种植物叶片的全氮含量,但对磷含量没有明显的影响.总体而言,中等强度水平的氮处理（100 kg/(hm2·a)）对光叶山黄皮和厚壳桂的最大净光合速率、光饱和点以及比叶重具有明显的促进作用,表现出一定的同步性.黄果厚壳桂最大净光合速率和光饱和点则在低氮处理下（50 kg/(hm 2·a)）达到最大值,而比叶重在中氮处理下达到最大值.这说明比叶重对氮沉降的敏感性远滞后于最大净光合速率.然而这些生理指标在高氮处理下普遍表现出了明显的抑制作用.氮沉降对黄果厚壳桂的光合色素有影响,其余两种植物色素随氮处理水平的变化不明显.氮处理对表观最大量子效率、光补偿点没有产生明显的影响.但光叶山黄皮和厚壳桂的表观最大量子效率表现出了低氮处理有利于植物利用光能而高氮处理不利于利用光能的变化趋势.研究结果表明,尽管季风常绿阔叶林已达到氮饱和状态,但是3种植物有一定的自我调节和适应能力.黄果厚壳桂的光合指标对氮沉降的响应比光叶山黄皮和厚壳桂敏感,在低氮条件下（50 kg/(hm2·a)）更能维持其生理优势;而其他两种植物则在中氮条件下（100 kg/(hm2·a)）生长最好.适量氮沉降在短期内还是有利于这3种植物的生长,但高氮处理（150 kg/(hm2·a)）可能已超出了植物可承受的程度,打乱了植物体内的生理进程,不利于植物的正常生长.      

氮添加对杨树人工林表层土壤微生物群落结构的影响1）

以江苏东台沿海地区杨树人工林地为研究对象,建立野外模拟氮沉降试验样地,试验设置5个氮处理水平,分别为对照（0 kg· hm－2· a－1）、低氮（50 kg· hm－2· a－1）、中氮（100 kg· hm－2· a－1）、高氮（150 kg· hm－2· a－1）和超高氮（300 kg · hm－2· a－1）。于2012年5月开始在生长季（5—10月）每月进行施氮处理,2013年8月和10月运用磷脂脂肪酸法分别分析了土壤微生物群落的变化特征。结果表明,施氮处理近2 a后,两个月份中的土壤微生物磷脂脂肪酸总量均显著下降,细菌、真菌中磷脂脂肪酸的量出现了不同程度的下降,真菌与细菌中磷脂脂肪酸的量之比没有显著变化。磷脂脂肪酸组成的主成分分析显示,除低氮处理样地外,其他水平施氮样地均使微生物群落结构显著变化,且超高氮处理样地变化格局具有季节差异性。     

赤红壤蔗区11年连续增量施磷下磷素演变及其 对甘蔗产量与磷流失的影响

【目的】 系统分析连续11年增量施磷下赤红壤蔗地土壤全磷、Olsen-P以及地表径流磷流失量的变化特征和土壤磷素变化与磷盈亏、蔗茎产量的响应关系,为土壤磷素科学管理提供参考。【方法】 依托长期肥力及地表径流定位监测试验（2008年—）,选取不施肥（CK）、推荐施肥（OPT）和增量施磷（OPT+P）3个处理,测定土壤全磷、Olsen-P含量及地表径流磷流失量,分析土壤磷素变化与磷累积盈亏量的关系,采用Mitscherlich模型拟合蔗茎产量对Olsen-P的响应曲线,计算土壤Olsen-P农学阈值,并推算施肥处理土壤Olsen-P含量从第11年降至环境阈值所需的时间。【结果】 CK处理逐年降低土壤全磷含量,年降速率为0.0251 g·kg ^-1·a ^-1。施肥土壤全磷和Olsen-P含量随种植年限波动增加,土壤全磷和Olsen-P增速率OPT+P处理高于OPT处理。不施肥土壤表观磷盈亏10.2 kg·hm ^-2·a ^-1,施肥处理土壤表观磷盈余41.3—69.2 kg·hm ^-2·a ^-1,占施磷量的31.9%—35.6%,以OPT+P处理显著高于OPT处理67.5%。施肥下赤红壤蔗区土壤全磷和Olsen-P变化量均与土壤累积磷盈亏量呈显著正相关关系（P＜0.01）,土壤每累积盈余100 kg P·hm ^-2,OPT处理和OPT+P处理土壤全磷上升0.06 g·kg ^-1和0.09 g·kg ^-1,Olsen-P 含量上升11.0 mg·kg ^-1和9.1 mg·kg ^-1。土壤每累积亏缺100 kg P·hm ^-2,CK处理土壤全磷下降0.32 g·kg ^-1。Mitscherlich模型较好地拟合蔗茎产量与赤红壤Olsen-P含量的响应关系（P＜0.01）。其计算出的土壤Olsen-P 农学阈值为12.1 mg·kg ^-1。施肥显著提高地表径流磷流失量,且OPT+P处理也显著高于OPT处理。地表径流磷流失量与土壤Olsen-P含量显著正相关。基于土壤磷素变化与累积磷盈亏的关系推算得出第11年OPT和OPT+P处理Olsen-P水平降至环境阈值的时间分别需要12年和16年。 【结论】 在南方赤红壤区,施肥尤其增量施磷在提高土壤磷素累积的同时增加了地表径流磷流失风险。在本试验磷的基础养分条件下,按OPT处理施磷,并从甘蔗种植的第2—3年实行隔年施磷可维持土壤磷素处于农学阈值与环境阈值之间。     

氮添加对典型阔叶红松林凋落叶分解及养分释放的影响

为探索氮添加对原始阔叶红松林凋落叶分解及养分动态的影响,以红松、枫桦、水曲柳及3个树种混合凋落叶为研究对象,采用凋落物袋法,进行了2年的分解试验。施N水平分别为N0(0 kg/(hm2·a))、N1(30 kg/(hm2·a))、N2(60 kg/(hm2·a))和N3(120 kg/(hm2·a))。结果表明:施N对混合凋落叶分解影响显著(P0.05)。凋落叶质量残留率与其基质N含量呈显著负相关,与碳含量及C/N比均为显著正相关。施N促进凋落叶N含量升高,凋落叶P含量受时间和N处理交互作用影响显著。施N促进水曲柳凋落叶N、P释放,抑制红松、枫桦和混合凋落叶N、P释放。N3处理抑制红松凋落叶C释放,促进水曲柳凋落叶C释放,N1处理促进水曲柳与混合凋落叶C释放。说明N处理能够调节养分释放模式,并对森林生态系统C及养分循环有显著调控作用。      

模拟氮沉降初期对柳杉人工林土壤动物群落结构的影响

【目的】为了解氮沉降初期对柳杉人工林土壤动物群落结构的影响。【方法】以NH_4NO_3进行模拟施氮,设置CK:0 g/(m~2·a)和T1:5 g/(m~2·a)、T2:10 g/(m~2·a)、T3:15 g/(m~2·a)、T4:20 g/(m~2·a)5个浓度梯度。分别在施氮2个月和4个月后,采用大型土壤动物手捡法和干、湿漏斗分离法对各样地中的土壤动物群落特征进行调查。【结果】结果显示:试验共捕获4 037只土壤动物,隶属于2门9纲30目。施氮处理2个月后,各样地土壤动物的平均密度排序为:T2CKT1T4T3,类群数大小排序为:T3CK=T2=T4T1;施氮处理4个月后,各样地土壤动物的平均密度的排序为:CKT1T4T2T3,类群数大小排序为;CKT3T1=T2T4。施氮2个月后,各样地间土壤动物的平均密度和类群数差异均不显著(P0.05),但施氮处理4个月后,各样地间的土壤动物的平均密度和类群数差异均达到极显著(P0.01)。土壤动物类群分布具有表聚性特征,同时,氮沉降降低了各层土壤动物类群数。施氮处理总体上增加了土壤动物的多样性指数和均匀度指数,降低了优势度和丰富度,其中,T3样地的多样性指数和均匀度指数均显著高于其它样地(P0.05),而优势度指数显著低于其他样地(P0.05)。【结论】氮沉降初期减少了柳杉人工林土壤动物数量和类群数,且适当浓度的氮沉降会使土壤动物多样性增加,对柳杉人工林土壤动物群落结构产生了一定的影响。     

若尔盖湿地土壤温室气体排放对模拟氮沉降增加的初期响应

为研究若尔盖高寒泥炭湿地温室气体(CO2、CH4、N2O)对氮沉降初期的响应,本研究以若尔盖高寒泥炭湿地为研究对象,设置了对照(0 kg/(hm2a),CK)、低氮(10 kg/(hm2a),LN)、中氮(20 kg/(hm2a),MN)及高氮(80 kg/(hm2a),HN)4个施氮水平,在生长季(59月)每月原位施加NH4NO3进行氮沉降模拟,利用静态箱-气相色谱法观测了温室气体(CO2、CH4、N2O)的排放通量。结果表明:CO2、CH4和N2O在高氮处理下的平均排放通量为(224.96113.875)、(0.1140.002)和(0.0590.003) mg/(m2h),在中氮处理中的平均排放通量分别为(303.80111.397)、(0.1110.002)和(0.0470.004) mg/(m2h),低氮处理中的排放通量均值分别为(212.7315.847)、(0.0830.004)和(0.0320.002) mg/(m2h),均显著高出对照处理相应气体的平均排放通量(P0.05)。不同施氮水平下的CO2、CH4和N2O的生长季累积排放均显著高出对照处理(P0.05)。不同水平氮添加下的温室气体排放增量与土壤NO-3-N含量增量呈显著正相关(P0.05),CO2、CH4排放增量与生物量增量呈显著正相关(P0.05),但温室气体排放增量与土壤温湿度的增量均无显著相关性。此外,氮添加显著增加了湿地温室气体全球增温潜势(P0.05)。研究表明,短期氮添加通过影响土壤有效氮含量和生物量,促进了泥炭湿地土壤的温室气体排放。该研究结果为预测泥炭湿地区域氮沉降可能带来的温室效应和合理保护高寒湿地生态系统提供了重要科学依据。      

氮、水交互对长白山阔叶红松林细根形态及生产量的影响

土壤养分和水分的变化深刻影响着森林生态系统的碳分配,进而影响树木细根形态结构和生产量。本文以我国长白山阔叶红松林为研究对象,研究氮沉降增加(50 kg/(hm·a))和降雨量减少(30%穿透雨,约210 mm/a)情形下,细根形态结构和生产量的时空响应特征。结果表明,细根形态结构和生产量受多种因素(处理、取样时间、取样层次)的共同影响。施氮样地(N)显著降低了0~10 cm土壤层细根直径,从而增加了比根长, 减少降雨样地(D)细根根长密度增加了1.55~3.24倍,细根生产量增加了104 g/(m·a), 减少降雨同时施氮样地(DN)10~20 cm土壤层细根直径和生产量显著增加。因此,长白山阔叶红松林不同土壤层细根在氮和水分吸收功能上可能存在分化,氮沉降增加、降雨格局变化及其交互作用在不同程度上驱动着细根形态和生产量的时空变化。      

重庆缙云山森林生态系统服务功能价值评估

通过野外实地调查、典型样地试验及生态站长期观测等手段,以重庆缙云山4 种典型森林类型为研究对象, 对其2010 年涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化空气、生物多样性保护和森林游憩7 项服务功能价 值作了评估。结果表明:缙云山森林生态系统4 种森林类型提供的生态系统服务功能总价值为10.99 亿元/ a,单位 面积生态系统服务功能价值为14.46 万元/ (hm2·a)。7 项森林生态系统服务功能价值为:森林游憩(2.82 亿元/ a) 生物多样性保护(2.56 亿元/ a) 涵养水源(2.25 亿元/ a) 保育土壤(1.60 亿元/ a ) 固碳释氧(1.37 亿元/ a ) 营 养物质积累(0.36 亿元/ a) 净化空气(0.04 亿元/ a)。4 种森林类型单位面积生态系统服务功能价值(森林游憩 价值功能除外)中,针阔混交林、常绿阔叶林、灌木林服务功能价值接近,分别为11.21 万、11.07 万和10.84 万元/ (hm2·a);竹林服务功能价值最低,为6.98 万元/ (hm2·a)。      

长白山阔叶红松林碳收支特征

植被-大气间CO2交换研究对准确评价陆地生态系统碳收支有重要意义．该研究采用开路式涡动相关系统对长白山阔叶红松林的C O2交换特征进行了整年连续监测．结果表明,该森林生态系统的碳交换季节变化明显,2003年森林净生态系统碳交换量(NEE)变化范围在-6.37～2.13 g/(m2·d)之间,5—9月均表现为碳汇,其余月份为碳源,其中净碳吸收量与释放量最大的月份分别为6和10月;全年森林净吸收的碳量为-191.3 g/m2,整体表现为一定强度的碳汇．影响NEE的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)和土壤温度等,白天NEE对PAR 的响应符合直角双曲线方程,夜间的NEE与5 cm深土壤温度有较好的指数关系．生态系统呼吸释放对温度响应的敏感性(Ｑ10)为3.17．      

模拟氮沉降对油松林单一及混合叶凋落物分解的影响

通过长期原位模拟氮沉降试验,研究暖温带油松林单一和混合叶凋落物分解对外源氮添加的响应过程与机制。氮处理水平分别为对照(0 kg/(hm2a),N0),低氮(50 kg/(hm2a),N1),中氮(100 kg/(hm2a),N2)和高氮(150 kg/(hm2a),N3)。利用凋落袋法对天然林油松针叶、辽东栎阔叶、油松--辽东栎混合叶以及人工林油松针叶进行原位分解试验。研究结果表明,自然状态下天然林油松针叶、辽东栎阔叶、油松--辽东栎混合叶、人工林油松针叶分解95%所需时间分别为7.58、4.89、6.92、8.03 年。氮沉降显著促进了人工林油松针叶的分解,抑制天然林辽东栎阔叶的分解;分解前期,N沉降促进天然林油松针叶、油松--辽东栎混合叶分解,并在分解后期对油松针叶分解产生抑制作用,而对油松--辽东栎混合叶分解无显著影响。在氮沉降持续增加的背景下,研究结果可为油松林生态系统物质循环和能量流动提供基础数据。      

氮添加对3个油松种源幼苗生物量及其分配的影响

为了解氮沉降对我国特有种油松3个种源幼苗的生长及其生物量分配的影响,本研究以北京(BJ)、山西(SX)、内蒙古(NMG)3个不同种源的油松幼苗为研究材料,设计5个人工氮添加水平:对照(N0, 0kg/(hm2·a),以N计,下同),低氮水平(N1, 15kg/(hm2·a)),中氮水平(N2, 25kg/(hm2·a)),高氮水平(N3, 50kg/(hm2·a))以及过饱和氮水平(N4, 150kg/(hm2·a))。测定不同氮添加水平下3个种源油松幼苗的基径、株高、月生长量、生物量及各部分生物量分配比例的差异,探讨不同种源油松幼苗对氮沉降的响应机制。结果表明:1)氮添加对BJ种源油松幼苗的平均株高有显著影响(P < 0.05), 但是对其平均基径没有显著影响;氮添加使SX和NMG种源油松幼苗株高和基径均产生了影响,但这些影响均不显著。2)氮添加使得BJ种源油松幼苗的株高月生长量增加,而基径月生长量有所降低,但变化均不显著;NMG种源油松幼苗的基径月生长量在N4水平下均显著降低(P < 0.05)。3)在N1的氮水平下,BJ种源油松幼苗的全株生物量、地上部分生物量和茎生物量均表现为显著增加(P < 0.05);氮添加使SX种源油松幼苗叶生物量在不同氮添加下发生了显著降低;而氮添加对NMG种源油松幼苗生物量的变化影响不显著。4) SX种源油松幼苗的叶质量比在N3条件下发生了显著增加(P < 0.05);随着氮添加浓度的升高,NMG种源油松的根质量比在N2、N3、N4水平下均表现为显著降低,茎质量比在N1、N2、N3水平下显著增加。5)分析油松幼苗的变异来源发现,基径与氮添加处理和种源这2个因素的交互作用存在密切关联,对基径、株高的极显著性差异均来源于种源的不同,对基径月生长量、叶质量比以及根叶比的显著性差异亦均由于种源的不同。同时,在处理和种源的交互作用下,油松幼苗的基径及其月生长量、茎叶比和根叶比没有显著的相关性。综上得出,持续的氮添加已经影响了油松种群的内部稳定性。      

原始云冷杉、红松林树木生长对氮沉降的响应

本文通过野外控制试验，设置4个梯度的施氮处理，分别为对照(CK，不加氮)、低氮(T_L，5 g/(m2·a))、中氮(T_M，10 g/(m2·a))、高氮(T_H，15 g/(m2·a))，研究云冷杉红松林主要树种的径生长对氮沉降增加的响应。结果表明，枫桦径生长随氮添加梯度的增加出现了先促进后抑制的趋势；臭冷杉和红松径生长随氮添加梯度的增加而受到抑制，其中臭冷杉表现出明显的衰退现象甚至死亡；花楷槭则表现出较为复杂的响应，可能与该树种对不同梯度氮添加的响应机制不同有关。同时还发现，各处理、各树种的胸径大小与径生长量存在相关性，可能与树种年龄及其所处的生态位相关。研究表明，氮沉降改变树木生长速率和死亡率，可能影响地上生态系统碳库和整个生态系统碳循环。      

不同畜禽粪肥对土壤培肥及玉米增产效应的影响

为了探索不同畜禽粪肥对土壤培肥及玉米增产的作用,通过不同种类和数量的畜禽粪肥对土壤呼吸速率、玉米产量和水分利用效率产生的影响进行分析。结果表明,鸡粪和羊粪处理的土壤呼吸速率较高,分别为4.13,3.85μmol(/m2.s),猪粪和牛粪处理的较低,分别为3.73,3.46μmol(/m2.s);鸡粪和羊粪处理的增产效应达到35%以上,猪粪和牛粪处理的增产效应达到25%以上,均为T3处理产量最高(折合干物质量为20 230.0 kg/hm2);不同粪肥处理的水分利用效率随着施用量的增大而增大,水分利用效率最大的是鸡粪T3处理,为31.07kg(/hm2.mm);施入不同畜禽粪肥后可增加玉米产量、提高土壤呼吸速率和水分利用效率,而且效应由高到低的顺序:鸡粪>猪粪>羊粪>牛粪。这可为不同等级的农田培肥土壤提供理论依据。