模拟氮沉降对暖温带油松林土壤碳循环过程的影响

【摘要】：我国已成为全球三大N沉降区之一。日益增加的N沉降能否增加森林土壤C吸存以及N沉降驱动下的森林土壤C吸存潜力有多大,目前科学界仍存在很大的争论。油松(Pinus tabulaeformis)是我国特有树种,研究N沉降对油松林土壤C循环过程的影响既可以填补我国有关N沉降对暖温带森林生态系统研究的空白,又可为该地区进一步开展N沉降以及全球变化研究打下基础。 本文通过原位模拟N沉降方法,N沉降水平分为NO(0kg N·hm-2·a-1)、N1(50kg N·hm-2·a-1)、N2(100kg N·hm-2·a-1)和N3(150kg N-hm·a-1),对比分析了油松人工林和天然林土壤C循环关键过程对模拟N沉降的响应过程和机制。主要研究结果如下： (1)N沉降对人工林土壤微生物量无显著影响,而显著降低了天然林表层土壤微生物量。不同凋落物处理显著影响过氧化氢酶、纤维素酶、脲酶和蔗糖酶活性,对照样方土壤酶活性显著高于去凋切根或去凋样方的土壤酶活性。N1水平表现为促进上壤过氧化氢酶活性,而N2和N3水平表现出抑制效应；N沉降抑制了多酚氧化酶、过氧化物酶和蔗糖酶活性,而对纤维素酶、脲酶和磷酸酶影响并不显著。 (2)N沉降显著促进了人工林针叶分解,抑制了天然林辽东栎阔叶分解,促进了天然林针叶早期分解,抑制其后期分解,分解12个月时,N沉降促进油松-辽东栎混合叶分解,随后对混合叶分解无显著影响。凋落物中K元素在整个分解过程中为释放模式,其他各元素均有不同程度的富集。在前期营养控制阶段,凋落物养分释放速度较快,而在分解后期木质素等难降解物质的积累导致凋落物释放养分速度变慢。 (3)凋落物处理显著影响土壤呼吸速率,去凋切根和去凋样方上壤呼吸速率显著低于对照样方。人工林和天然林去凋切根样方,N沉降均降低了土壤呼吸速率,但不同N水平间无显著差异；去凋样方,N沉降均促进了土壤呼吸,且人工林土壤呼吸速率随N沉降量增加而增加,而天然林N2水平土壤呼吸速率最大；对照样方,N沉降亦促进了土壤呼吸。对照样方土壤呼吸温度敏感性Q10显著高于去凋切根和去凋样方且N沉降降低了人工林和天然林土壤呼吸的温度敏感性。 (4)N沉降引起上壤各层有机C含量的减少,表层土壤(0-20cm)有机C下降幅度大于深层土壤(20-40cm,40-60cm)且有机C含量下降幅度随N沉降增加而增大。N沉降显著增加了人工林表层土壤全N含量,但对天然林表层土壤全N含量影响并不明显。 N沉降通过促进油松林土壤呼吸,减小了整个生态系统土壤C贮存。未来持续N沉降背景下,油松林生态系统土壤C库对N沉降的响应值得进一步深入研究。 【关键词】：模拟N沉降 油松 人工林 天然林 土壤C循环过程
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S791.254
【目录】：

• 中文摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 绪论13-30
• 1.1 立论依据与研究意义13-15
• 1.1.1 立论依据13
• 1.1.2 研究目的及意义13-15
• 1.2 国外N沉降趋势及研究进展15-17
• 1.2.1 国外N沉降趋势15
• 1.2.2 国外N沉降研究进展15-17
• 1.3 中国N沉降现状及研究进展17-20
• 1.3.1 中国N沉降现状17
• 1.3.2 中国N沉降研究进展17-20
• 1.4 N沉降对森林土壤C循环过程的影响20-28
• 1.4.1 N沉降对土壤微生物的影响21-23
• 1.4.2 N沉降对土壤酶活性的影响23
• 1.4.3 N沉降对凋落物分解过程的影响23-26
• 1.4.4 N沉降对土壤呼吸的影响26-28
• 1.5 研究思路及论文结构28-30
• 1.5.1 研究思路28-29
• 1.5.2 论文结构29-30
• 2 研究区概况及研究方法30-34
• 2.1 研究区概况30-31
• 2.2 研究内容31
• 2.3 研究方法31-34
• 2.3.1 样地概况31-33
• 2.3.2 模拟N沉降的方法33-34
• 3 土壤微生物量对模拟N沉降的响应34-41
• 3.1 引言34-35
• 3.2 材料与方法35
• 3.2.1 试验设计35
• 3.2.2 田间采样35
• 3.2.3 土壤微生物生物量测量方法35
• 3.2.4 数据分析35
• 3.3 结果与分析35-39
• 3.3.1 不同N水平MBC的变化36-38
• 3.3.2 不同N水平MBN的变化38-39
• 3.4 小结与讨论39-41
• 4 土壤酶活性对模拟N沉降的响应41-54
• 4.1 引言41-42
• 4.2 材料与方法42-43
• 4.2.1 试验设计42
• 4.2.2 土壤样品采集与处理42
• 4.2.3 土壤酶活性测定42
• 4.2.4 数据分析42-43
• 4.3 结果与分析43-51
• 4.3.1 土壤过氧化氢酶活性对N沉降的响应43-44
• 4.3.2 土壤纤维素酶活性对N沉降的响应44-45
• 4.3.3 土壤多酚氧化酶活性对N沉降的响应45-46
• 4.3.4 土壤过氧化物酶活性对N沉降的响应46-47
• 4.3.5 土壤脲酶活性对N沉降的响应47-49
• 4.3.6 土壤磷酸酶活性对N沉降的响应49-50
• 4.3.7 土壤蔗糖酶活性对N沉降的响应50-51
• 4.4 小结与讨论51-54
• 5 模拟N沉降对凋落物分解及养分释放的影响54-74
• 5.1 引言54-55
• 5.2 材料与方法55-56
• 5.2.1 试验设计55
• 5.2.2 凋落物分解测定55
• 5.2.3 数据及统计分析55-56
• 5.3 结果与分析56-70
• 5.3.1 N沉降对凋落物叶分解的影响56-63
• 5.3.2 N沉降对凋落物叶分解过程中养分动态的影响63-70
• 5.4 小结与讨论70-74
• 5.4.1 N沉降对凋落物叶分解的影响70-71
• 5.4.2 N沉降对凋落物分解过程中养分释放的影响71-74
• 6 模拟N沉降对土壤呼吸的影响74-99
• 6.1 引言74-75
• 6.2 材料与方法75-77
• 6.2.1 试验设计75
• 6.2.2 土壤呼吸样方设置及土壤呼吸测定75-76
• 6.2.3 土壤微生物量测定76
• 6.2.4 数据分析76-77
• 6.3 结果与分析77-95
• 6.3.1 土壤微环境77-80
• 6.3.2 土壤呼吸80-84
• 6.3.3 土壤呼吸速率与土壤温湿度的关系84-92
• 6.3.4 土壤微生物量C、N92-95
• 6.4 小结与讨论95-99
• 6.4.1 油松林土壤呼吸特征95
• 6.4.2 凋落物处理对土壤呼吸的影响95-96
• 6.4.3 N沉降对油松林土壤呼吸的影响96-97
• 6.4.4 土壤呼吸与温湿度的关系97-98
• 6.4.5 土壤呼吸温度敏感性及其对N沉降的响应98-99
• 7 模拟N沉降对土壤呼吸影响的持续效应99-110
• 7.1 引言99
• 7.2 材料与方法99-100
• 7.2.1 试验设计99
• 7.2.2 土壤呼吸测定99-100
• 7.2.3 土壤微生物量测定100
• 7.2.4 数据分析100
• 7.3 结果与分析100-108
• 7.3.1 施N后土壤温度连续变化100-102
• 7.3.2 施N后土壤湿度连续变化102-105
• 7.3.3 施N后土壤呼吸速率连续变化105-106
• 7.3.4 施N后土壤微生物量变化106-108
• 7.4 小结与讨论108-110
• 8 模拟N沉降对土壤有机C库的影响110-119
• 8.1 引言110
• 8.2 材料与方法110-111
• 8.2.1 试验设计110-111
• 8.2.2 土壤样品采集与处理111
• 8.2.3 土壤样品分析111
• 8.2.4 数据分析111
• 8.3 结果与分析111-117
• 8.3.1 N沉降对土壤有机C的影响111-113
• 8.3.2 N沉降对土壤全N含量的影响113-117
• 8.4 小结与讨论117-119
• 9 结论与展望119-121
• 9.1 主要研究结论119-120
• 9.2 论文创新点120
• 9.3 研究展型120-121
• 参考文献121-143
• 个人简介143-144
• 导师简介144-145
• 导师简介145-148
• 致谢148-149

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