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降水变化和氮沉降作为全球气候变化的两个重要方面,正在改变着陆地生态系统固有的自然过程。森林作为陆地生态系统的主体,必然会受其影响。东灵山地区森林作为我国暖温带森林类型的典型代表,研究其降水和氮沉降变化的生态系统响应过程具有重要意义。
本研究:1)通过对东灵山地区辽东栎林、辽东栎和棘皮桦混交林以及白桦林3种不同林型的野外调查分析,计算当前环境背景下乔木层、土壤及土壤微生物的碳氮元素含量和C:N比,描述不同林型碳氮含量及化学计量特征;2)以该地区主要树种辽东栎、五角枫和油松幼苗及其生长土壤为研究对象,进行降水和氮素变化情景模拟控制试验。设置3个降水梯度,2个氮素梯度,揭示不同降水条件以及氮沉降条件下土壤元素含量及幼苗生产力等生长指标的响应变化特征。研究结果表明:
1)乔木层和土壤的碳元素含量表现为白桦林＞辽东栎+棘皮桦混交林＞辽东栎林;辽东栎+棘皮桦林的乔木层含氮量最高,远高于另外2种林型。辽东栎+棘皮桦林乔木层是一个氮储存库,具有比土壤层更强的氮元素固持能力:3种林型土壤微生物碳氮元素含量之间没有显著差异。
2)不同林型土壤和土壤微生物的C:N比率变化不大,分别接近于6:1和3:1,表现出受限制的化学计量学特征。
3)分别加减30％的降水变化对该地区土壤含水量没有显著影响,仅在雨季前期(6月)和末期(9月),土壤含水量随降雨多少略有变化。降水增加使得土壤中的C、N元素含量流失加剧。
4)氮素的添加促进了幼苗苗高、地径的生长,尤其是在高生长时期(6月中旬～8月上旬),氮素对苗高的促进作用更明显。添加氮素可以显著地提高幼苗的生物量,2年生幼苗的生物量增加了56%～78%,说明就目前的氮素水平,氮沉降能够促进该地区植物的生长。
5)不同树种的幼苗对氮沉降的响应存在差异。添加氮素对阔叶树种的促进作用大于针叶树种。
6)分别加减30%的降水变化对幼苗生长及生物量分配没有影响。
以上研究结果为研究该地区生态系统的碳氮循环提供了基础数据,为暖温带森林土壤和植物对降水和氮素两大环境因素变化后的响应提供了理论依据。