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以全球变暖、降水格局变化与氮沉降增加等为主要特征的全球环境变化已经改变并正在继续改变着陆地生态系统的结构和功能,威胁着人类的生存与健康,备受世界各国政府和科学家的普遍关注。全球环境变化所诱发的生态系统凋落物分解过程的变化可能对陆地生态系统C储存产生深远的影响,已经引起人们的高度关注成为全球变化研究的重点内容。
本研究以长白山原始阔叶红松林为研究对象,收集主要树种叶凋落物和土壤样品,采用室内模拟与野外实验相结合的研究方案。室内模拟增温和氮沉降增加,野外模拟氮沉降增加和降水减少对凋落物分解过程的影响,研究试验结果能够为系统评估区域森林生态系统凋落物分解对全球气候变化的响应提供科学依据。主要研究结果如下:
1.室内培养12周后,氮沉降增加显著地增加了凋落物的N浓度,但对C浓度无显著影响,从而显著降低了凋落物的C/N。
2.在相对低的温度下(15℃和25℃)下,氮沉降增加促进了阔叶红松林主要树种叶凋落物的分解和CO2的释放,而在高的温度(35℃)下,氮沉降对凋落物分解和CO2的释放则表现出明显的抑制作用。
3.温度升高显著提高了不加氮处理凋落物的分解速率和CO2的释放,而对于加氮处理从25℃到35℃没有表现出促进作用,由此可见氮沉降的增加显著的抵消了温度升高对凋落物分解和CO2温室气体的释放的促进作用。
4.凋落物的基质质量对凋落物分解速率与CO2的释放有显著影响,总体看阔叶树种紫椴和蒙古栎显著高于红松树种,室内模拟与野外实验结果一致。
5.加氮处理显著降低凋落物DOC的淋失量,而温度升高则显著增加了DOC的淋失量,可见DOC的实际淋失量取决于其对氮沉降和温度的反馈平衡。
6.红松凋落物分解过程N2O释放速率和DON的淋失量大于阔叶树种。加氮处理显著促进了N2O释放和DON淋失,高氮处理的效应显著低于低氮处理。温度对凋落分解过程N2O释放和DON淋失的影响规律与对CO2释放和DOC淋失的影响一致,当温度从15℃增加到25℃,N2O释放和DON的淋失量显著增加,而35℃时N2O释放和DON淋失量较低。
7.氮沉降增加显著促进了阔叶红松林土壤的碳矿化(CO2释放)和氮矿化(DIN淋失和N2O的释放),显著减少了DOC的淋失而增加了DON的淋失。温度的增加显著增加了DOC和DON的淋失,而对于DON的淋失在25℃和35℃间差异不显著。
8.野外分解试验显示,阔叶树种(蒙古栎和紫椴)的分解速率显著高于红松树种。尽管加氮处理大于对照处理的分解速率和碳氮元素的释放,但加氮处理与对照间无显著差异。而降水减少对凋落物的分解和碳、氮元素的释放表现出显著的抑制作用。