论文部分内容阅读
随着工农业的发展，人类活动而引起的氮、磷沉降量持续增加，其生态后果是改变生态系统的结构和功能，但以往关于氮沉降对森林生态系统的影响研究大部分集中在北方或温带森林，很少涉及到热带森林，而热带森林在维持全球碳平衡和调控气候变化等方面都发挥着及其重要的作用，因此在我国开展氮磷沉降对热带雨林生态系统碳循环的影响研究具有重要的理论和现实意义。本研究以尖峰岭热带山地雨林原始林和次生林为研究对象，实地模拟氮磷沉降增加对森林生态系统碳氮循环过程的影响，其研究结果可望为评估热带森林生态系统对全球变化的适应性提供科学基础，并为我国热带天然林可持续经营和次生林恢复提供理论支撑。 本研究于2010年9月在原始林和次生林各设置6个处理，氮磷添加水平分别为对照（Control，不施肥）、低氮(Low-N，25 kg N haqyr-1)、中氮（Medium-N，50 kgN ha-1yr-1）、高氮（High-N，100 kgN ha-1yr-1）、磷(P，50 kgP ha-1yr-1)、氮-磷（N+P，50 kg N ha-1y-1+50kgP ha-1yr-1）。通过两年的实验（2011年1月～2012年12月），得到如下主要研究结果: 1.尖峰岭热带山地雨林区2012年全年氮的湿沉降量为6.5 kg N ha-1yr-1。地上部分碳循环分量分别为:原始林碳吸收为0.76～1.02 t C ha-1yr-1，年凋落量为4.16～4.19 t C ha-1yr-1，地上部分植被净初级生产力(ANPP)为4.91～5.21 t C ha-1yr-1。次生林碳吸收为3.21～3.59 t C ha-1yr-1，年凋落量为4.26～4.86 t C ha-1yr-1，ANPP为7.86～7.98 t C ha-1yr-1。 2.氮添加和磷添加都不同程度低促进了树木的径向生长，雨季生长速率大于旱季。中氮和高氮促进了原始林的生长，高氮和磷处理促进了次生林的生长。磷处理和氮-磷处理通过增加旱季的生长速率而显著地促进树木的生长。中氮处理显著促进了原始林大乔木层(20 cm≤DBH＜30 cm)的生长;磷处理显著促进了中乔木层(10 cm≤ DBH＜20 cm)的生长。 3.氮添加和磷添加都促进了原始林的ANPP，而对次生林的ANPP没有影响。原始林ANPP随着氮沉降水平表现为先增加后降低的趋势，中氮处理达到最大生产力水平，比对照处理高23％，即为中氮处理水平（50 kgN ha-1yr-1）为原始林生产力对氮沉降响应的临界负荷。热带山地雨林原始林生态系统地上部分对氮沉降的碳吸收效应C∶N=23。 4.氮添加和磷添加均显著地促进了山地雨林生态系统土壤碳排放（P＜0.05），原始林和次生林的土壤碳排放分别介于15.56～16.42 t C ha-1yr-1和14.13～15.01 t C ha-1yr-1之间。原始林氮添加处理样方的碳排放比对照增加了5～16％，磷处理增加了12～18％，氮-磷处理增加了32～38％;而次生林氮添加增加了9～15％，磷处理增加了约7％，氮-磷处理增加了28～32％。另外，氮-磷添加还增加原始林的自养呼吸的比例，降低了凋落物呼吸的比例。氮磷添加增加了原始林和次生林的基础土壤呼吸，降低了原始林的土壤呼吸敏感性。 5.氮-磷添加通过改变土壤养分状况和利用效率以及微生物活性来影响植物生长。氮添加和磷添加显著增加了土壤全磷含量，而对土壤pH值没有影响，对土壤有机碳(SOC)含量、全氮含量和碳氮比有增加的趋势。氮添加通过提高了土壤硝化速率和氮矿化速率而显著增加了土壤硝态氮和有效氮含量，磷添加通过降低了土壤氮矿化速率而显著降低了土壤硝态氮和有效氮含量(P＜0.05)。氮磷添加显著增加了土壤微生物磷含量，而对微生物氮含量无显著性影响。土壤有机碳和养分对氮沉降梯度的响应表现为正效应，氮沉降的增加可能会提高土壤肥力并促进植被的生长，进而促进生态系统对碳的固定。 6.中氮处理显著降低了叶的凋落量(P＜0.05)，氮、磷添加对凋落物总产量影响都不显著，但是改变了叶的物候期。原始林低氮、高氮和氮-磷处理显著抑制了越南白椎的分解、而显著促进了混合叶的分解(P＜0.05)。次生林高氮处理显著抑制了越南白椎和混合凋落叶的分解。3种凋落叶的k值比较表现为:越南白椎＞混合叶＞厚壳桂。 7.氮沉降对细根生物量、碳氮磷含量和碳氮储量均无显著影响，但是原始林细根的生物量、氮含量、碳储量和氮储量均与氮沉降水平呈正相关。次生林根系的碳氮储量与氮沉降水平显著负相关（R2=0.39，P＜0.05），每增加1 kg N ha-1yr-1，根系减少10 kgC和0.21 kgN。磷添加对细根的生物量没有显著影响，但是氮-磷处理显著降低了细根的碳含量，磷处理和氮-磷处理显著增加了土壤表层细根的磷含量而降低了N∶P。 8.尖峰岭热带山地雨林是一个受磷限制的生态系统，通过氮-磷外源输入刺激了细根对磷的吸收，而促进原始林地上部分的碳吸收和地下部分的自养呼吸。