寒溫帶針葉林土壤碳動態(tài)對模擬氮沉降的初期響應(yīng).pdf

1、森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，土壤碳動態(tài)是森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié)之一。隨著人類社會的發(fā)展，大氣氮沉降的增加誘發(fā)了一系列重大環(huán)境問題，直接威脅到人類生存和發(fā)展，已成為了各國政府和科學家最為關(guān)注的全球性重大生態(tài)和環(huán)境科學問題。大氣氮沉降輸入能夠促進中高緯度森林植被生長和生態(tài)系統(tǒng)碳固定，是解釋全球未知碳匯的重要途徑之一。北方森林是地球第二大森林群區(qū)，其土壤碳庫組成、轉(zhuǎn)化及其對大氣氮沉降增加的響應(yīng)研究是全球變化生態(tài)學的前沿領(lǐng)域。深入開展寒

2、溫帶針葉林土壤碳動態(tài)對模擬氮沉降的響應(yīng)研究，有助于完善森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡，并為未來大氣氮沉降增加情景下北方森林生態(tài)系統(tǒng)碳、氮管理提供理論依據(jù)。本研究在大興安嶺寒溫帶針葉林區(qū)建立了大氣氮沉降模擬控制實驗平臺。為了模擬大氣 NH4+和NO3-輸入及其交互作用，以及參照試驗區(qū)實際大氣氮沉降通量（8.5 kgN hm-2 a-1），設(shè)置 NH4Cl、KNO3和NH4NO3三種氮肥和對照（Control，0 kgN hm-2 a-1）、低

3、氮（Low-N，10 kgN hm-2 a-1）、中氮（Medium-N，20 kgN hm-2 a-1）、高氮（High-N，40 kgN hm-2 a-1）四種水平的氮肥處理，分別模擬未來大氣氮沉降增加1倍、2倍和4倍情景下，寒溫帶針葉林生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)關(guān)鍵過程的變化，每種處理三次重復。運用野外監(jiān)測、穩(wěn)定性同位素技術(shù)和室內(nèi)理化分析等手段，研究不同氮素形態(tài)和劑量對寒溫帶針葉林土壤有機碳組成動態(tài)（DOC、POC、MOC）、轉(zhuǎn)化和土壤

4、CO2排放通量的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1.寒溫帶針葉林土壤溶解性碳含量對氮輸入的響應(yīng)
　　在整個生長季，寒溫帶針葉林土壤 DOC和DIC含量有明顯的季節(jié)變化。氮輸入傾向于增加有機層和礦質(zhì)層土壤 DOC含量。低氮處理傾向于增加而中氮和高氮處理傾向于降低有機層與礦質(zhì)層土壤 DIC含量。KNO3、NH4NO3和NH4Cl處理傾向于增加有機層土壤 DOC含量。硝態(tài)氮肥（KNO3和NH4NO3）輸入傾向于增加礦質(zhì)層土壤 DOC

5、含量，而銨態(tài)氮肥（NH4Cl）輸入則正好相反。硝態(tài)氮肥輸入傾向于增加有機層土壤 DIC含量，而銨態(tài)氮肥傾向于降低有機層土壤 DIC含量。KNO3處理傾向于增加礦質(zhì)層土壤 DIC含量，NH4NO3和NH4Cl處理傾向于降低礦質(zhì)層土壤DIC含量。
　　2.寒溫帶針葉林土壤 POC和MOC含量對氮輸入的響應(yīng)
　　不同的施氮類型和施氮水平傾向于增加 Macro-POC、Micro-POC含量，低氮和中氮處理傾向于增加土壤 MOC含量

6、，而高氮處理傾向于降低土壤 MOC含量，KNO3和NH4Cl處理有利于土壤 MOC的累積，而 NH4NO3處理傾向于降低土壤 MOC含量，但差異不顯著。土壤 Macro-POC、Micro-POC和MOC含量有明顯的季節(jié)動態(tài)。不同施氮水平傾向于降低0～10cm表層土壤δ13CMacro-POM、δ13CMicro-POM和δ13CMOM的值，而亞表層土壤（10～20cm和20～30cm）對增氮的響應(yīng)正好相反。不同氮素類型也傾向于降低0～

7、10cm表層土壤δ13CMacro-POM、δ13CMicro-POM和δ13CMOM的值，且銨態(tài)氮肥的抑制效應(yīng)較硝態(tài)氮肥更加明顯。就土壤δ13C值而言，表層土壤比亞表層反應(yīng)敏感，POM比 MOM對增氮的響應(yīng)更加敏感。
　　3.寒溫帶針葉林土壤 CO2排放通量對氮輸入的響應(yīng)
　　土壤 CO2通量的季節(jié)變化格局受土壤溫度和土壤含水量的聯(lián)合控制，整體上與土壤溫度的單峰格局相同，在生長旺季卻與土壤含水量的變化有高度的一致性。增氮不