模擬氮沉降對(duì)高黎貢山自然公園片區(qū)中山濕性常綠闊葉林土壤呼吸速率的影響

李雪娟 喬璐 唐宗英 趙士杰 車麗莎 付磊昌

摘要：于2016年12月至2017年10月，對(duì)黎貢山中山濕性常綠闊葉林進(jìn)行了模擬氮沉降試驗(yàn)，采用的氮沉降水平分別為對(duì)照、低氮、中氮和高氮，每月定期用紅外CO2分析法測(cè)定土壤呼吸速率。結(jié)果表明：2016年12月至2017年10月，土壤呼吸受到了一定的抑制;抑制程度最明顯的是N3O處理，說明高氮處理對(duì)土壤呼吸的抑制作用較明顯;N15、N5、NO這3個(gè)氮處理的呼吸速率較接近，特別是N15與NO兩者變化不大。

關(guān)鍵詞：中山濕性常綠闊葉林，土壤呼吸，氮沉降

中圖分類號(hào)：S714

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）2-0009-02

1 引言

森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在維持全球生態(tài)系統(tǒng)碳平衡以及調(diào)節(jié)全球氣候等方面有重要作用[1]。隨著人工施氮和化石燃料的大量使用，大氣沉降的氮量也在逐年增加。輕度的氮沉降會(huì)促進(jìn)植被的生長(zhǎng)，但過量的沉降氮會(huì)引起生物多樣性的降低、土壤酸化等[2-4]，影響森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸。在全球環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天，研究森林土壤呼吸作用對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)機(jī)制，是評(píng)估碳循環(huán)動(dòng)態(tài)、預(yù)測(cè)全球碳收支的基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了很多相關(guān)研究，如Cleveland和Townsend[4]在熱帶雨林的研究發(fā)現(xiàn)施氮增加了植物的細(xì)根生物量，從而促進(jìn)了土壤呼吸速率;涂利華等[5]在華西雨屏區(qū)苦竹林的研究表明，氮沉降增加了微生物的生物量碳、氮含量，提高了土壤微生物呼吸速率，進(jìn)而促進(jìn)了土壤總呼吸。由于受眾多因子的影響，土壤呼吸速率對(duì)氮沉降的響應(yīng)主要表現(xiàn)為氮沉降對(duì)土壤呼吸的促進(jìn)[6]、抑制[7，8]和無(wú)影響[9，10]這3種情況，說明森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸對(duì)氮沉降增加的響應(yīng)仍然有很大的不確定性。

高黎貢山位于中緬交界地帶，是國(guó)際關(guān)注的地理學(xué)與生物學(xué)保護(hù)研究的關(guān)鍵地區(qū)之一，目前已有的研究包括高黎貢山的氣候條件、地質(zhì)特征、主要植被和土壤類型等各個(gè)方面，而關(guān)于氮沉降與土壤呼吸之間的關(guān)系的研究還比較缺乏。因此，在高黎貢山開展森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸對(duì)氮沉降增加的響應(yīng)研究，也有助于加深對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)功能及其影響因素研究的深化。

2 材料和方法

2.1 研究地基本概況

研究地位于高黎貢山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)赧亢管理站管轄范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)區(qū)（24°49′N，98°46′E;海拔2050m）。該地區(qū)的氣候類型屬于我國(guó)西部型季風(fēng)氣候的暖性濕潤(rùn)型，年平均溫為13.2℃，最熱月平均溫為17.1℃（7月），最冷月平均溫為6.2℃（1月）。年均降雨量在1000 mm以上。土壤類型為黃棕壤。植被類型為中山濕性常綠闊葉林，以香葉樹Lindera communzs，紅木荷Schema wallichii，青岡Cyclobalanopsis glauca，扭子果Ardzsza vzrens，粗穗石櫟L.saepadmo，胡桃，uglansregia，隱紋杜莖山Maesa mani purensis，灰毛漿果楝C/-padessa cinerascens，粗毛羊蹄甲Bauhinia hirsuta，桂北木姜子Litsea subcoriacea，中平樹Macaranga denticu-lata，毛葉合歡Albizia mollis等組成。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年12月在赧亢管理站管轄范圍高黎貢山自然公園內(nèi)設(shè)置1塊樣地，樣地中建立12個(gè)5m×5m的樣方，每個(gè)樣方之間設(shè)>5 m寬的緩沖帶。用NH4 Cl進(jìn)行氮沉降處理，共設(shè)4個(gè)水平，分別為對(duì)照（CK，0 g N/（m2·a》、低氮（5 g N/（m2·a》、中氮（15g N/（m2·a》和高氮（30 g N/（m2·a》，每個(gè)水平2個(gè)重復(fù)。將年施用量平均分成12等分，從2016年12月開始，每月下旬對(duì)各處理定量地施氮，具體方法是將各水平所需NH4 Cl溶解至1L水中，用噴霧器在該水平樣方中來回均勻噴灑，對(duì)照只噴灑水。每個(gè)樣方內(nèi)隨機(jī)布置2個(gè)PVC管（內(nèi)徑30 cm，高50 cm，插入土壤深度為10～20 cm），定期測(cè)定土壤呼吸速率。

2.3 土壤呼吸測(cè)定

采用動(dòng)態(tài)氣室法連接到便攜式11- 840A C02/H20分析系統(tǒng)測(cè)定土壤呼吸。

3 結(jié)果與分析

土壤呼吸速率監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

3.1 不同時(shí)間土壤呼吸速率的變化

由圖1可知，2016年12月的數(shù)據(jù)為土壤呼吸速率的背景數(shù)據(jù)，通過施氮處理以后，到2017年7月，土壤呼吸收到了一定的抑制，該結(jié)果在N30、N15、N5、NO這4個(gè)氮處理濃度上的變化規(guī)律均相似;隨著時(shí)間的推移，3個(gè)月后（2017年10月），土壤呼吸速率有一定的回升，但變化幅度不大，總體還是受到抑制，而且在4個(gè)氮處理濃度上的變化規(guī)律均相似。

3.2 不同氮處理土壤呼吸率的變化

由圖2可知，4種處理濃度（ N30、N15、N5、NO）2016年12月的背景值之間差異不大，通過施氮處理以后，2017年7月、10月土壤呼吸收到了一定的抑制，其中抑制程度最明顯的是N30處理，土壤呼吸速率有最初的39. 24 g/（m2·d），減低到11. 82 g/（m2·d）、15.86 g/（m2·d），說明高氮處理對(duì)土壤呼吸的抑制作用較明顯;N15、N5、NO這3個(gè)氮處理的呼吸速率較接近，特別是N15與NO兩者變化不大，具體的原因有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

通過2016年12月施氮處理以后，到2017年7月、10月，土壤呼吸受到了一定的抑制，該結(jié)果在N30、N15、N5、NO這4個(gè)氮處理濃度上的變化規(guī)律均相似;抑制程度最明顯的是N30處理，說明高氮處理對(duì)土壤呼吸的抑制作用較明顯;N15、N5、NO這3個(gè)氮處理的呼吸速率較接近，特別是N15與NO兩者變化不大，具體的原因有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[l]Post W M.Emanuel W R.Zinke P J，el al. Soil pool and world lifezones[J]. Nature，1982 （298）：156～ 159.

[2] Hoegberg P，F(xiàn)an H，Quist M，et al. Tree growth an d soil acidification in response t0 30 years of experimental nitrogen loading onboreal forest[J]. Global Change Biology，2006，12 （3） ：489 ～499.

[3]Dise N，Rothwell J，Gauci V， et al. Predicting dissolved inorganicnitrogen leaching in European forests using two independent databases[J]. Science of the Total Environment ，2009 ，407（5）：1798～ 1808.

[4]Cleveland C C，Townsend A R.Nutrient additions to a tropical rainforest drive substantial soil carbon dioxide losses to the atmosphere[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences，2006，103（27） ：10316～10321.

[5]涂利華，胡庭興，黃立華，等.華西雨屏區(qū)苦竹林土壤呼吸對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，33（4）：728～738.

[6]賈淑霞，王政權(quán)，梅莉，等，施肥對(duì)落葉松和水曲柳人工林土壤呼吸的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，31（3） ：372～379.

[7]Olsson P， Linder S，Giesler R， et al. Fertilization of boreal forestreduces both autotrophic and hetemtrophic soil respiration[J].Global Change Biology ，2005，11（10） ：1745～1753.

[8]jia S，Wang Z，Li X，et al.N fertilization afects on soil respiration.microbial biomass an d root respiration in Larix gmelinii and Fraxinus mandshurica plantations in China[J]. Plant and Soil，2010， 333（1/2） ：325～336.

[9] Samuelson L， Mathew R，Stokes T，et al. Soil an d microbial respiration in a loblolly pine plantation in response to seven years of irrigation and fertilization[J]. Forest Ecology and Management，2009，258（11） ：2431～2438.

[10]Jiang J，Zong N，Song M，et al. Responses of ecosystem respiration an d its components to fertilization in an alpine meadow onthe Tibetan Plateau[J]. European Journal of Soil Biology，2013（56）：101～106.