氮磷添加对杉木林林下植物化学计量比及其土壤碳氮过程的影响

来源 :江西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tomjerry2005
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氮(N)和磷(P)是限制森林生态系统生产力的两种元素,为了获得更多的木材产量,N和P通常被用于人工林的管理。随着全球变化,中国南方地区N沉降加剧,森林生产力限制因素发生改变,尤其是在P匮乏的南方红壤区的杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)人工林当中。目前,人们对能产生经济效益的人工林关注较多,但对林下植物关注较少。林下植物在森林生态系统当中起着不可替代的作用,不仅有助于维持生物多样性功能,还能涵养水源,防止森林水土流失。通过生态化学计量学可以更好的帮助我们了解全球变化下林下植物与土壤物质循环过程的关系。此外,温室气体(包括氧化亚氮(N2O)及二氧化碳(CO2))是影响全球变化的因素之一,森林土壤作为温室气体产生的重要源,容易被环境因子所改变。因此,通过研究林下植物化学计量特征、土壤碳(C)、N过程,了解南方红壤丘陵区杉木人工林林下植物生存发展状况,有助于我们了解林下植物演替规律,在土壤排放当中扮演的角色,以及林下植被生态系统对气候变化的应对策略。本文选取具有代表性的亚热带杉木人工林,设计了一个持续的N、P添加试验。七年后,采集了四种林下具有代表性的植物(见附录),包括淡竹叶(Lophatherum gracile Brongn.)、狗脊蕨(Woodwardia japonica(L.f.)Sm.)、磷毛蕨(Dryopteris atrata(Kunze)Ching)和芒萁(Dicranopteris dichotoma(Thunb.)Berhn.)以及对应的土壤样品。把四种林下植物分成不同功能型(禾本科、蕨类),通过测定植物C、N、P全量养分、土壤C、N过程及温室气体排放等相关指标,来了解氮磷添加对林下植物及土壤化学计量特征及C、N过程的影响。主要结果表明:(1)林下不同功能型植物、不同器官C、N、P含量及化学计量比范围存在差异,不同功能型植物器官C、N、P含量及化学计量比对N、P添加的响应不同。N、P添加对林下植物C、N、P含量及化学计量比的影响更多的取决于不同功能型植物和不同物种。植物不同器官在C、N、P化学计量比当中具有显著相关关系。(2)林下不同功能型植物土壤C、N、P含量及化学计量比范围存在差异,且禾本科植物土壤N、P含量都显著大于蕨类植物,禾本科植物土壤养分积累比蕨类植物高。不同功能型植物在土壤C/N、C/P含量当中存在差异。N、P添加对土壤C、N、P含量的影响更多的取决于N添加、不同功能型植物和不同物种,对化学计量比的影响更多的取决于不同物种。不同功能型植物土壤C、N、P元素之间相关性较差,化学计量比之间相关性较好。(3)由植物不同器官与土壤C、N、P含量及化学计量比相关关系分析可知,不同功能型植物器官与土壤的C、N、P含量的相关关系存在显著差异,不同功能型植物器官与土壤的化学计量比的相关关系显著差异较不明显。(4)林下植物的土壤有效性C、N含量受到N、P交互作用的影响,不同功能型植物土壤NO3--N含量与AP含量差异较大,土壤中有效性C、N之间具有密切的相关关系。植物土壤N矿化速率对N、P添加的响应不同,蕨类植物N矿化速率不仅受到N添加影响,还取决于N、P的交互作用。禾本科植物N矿化速率取决于P添加。土壤N矿化速率和土壤养分之间有极显著相关性。不同功能型植物在N2-P当中都具有最高的土壤N2O排放速率,N、P添加对土壤N2O排放速率具有交互效应,土壤N2O排放速率也取决于N添加和不同功能型植物交互作用以及P添加和不同功能型植物交互作用。N、P添加对土壤CO2排放速率无显著影响。土壤CO2排放速率差异取决于不同功能型植物和N添加、P添加、不同物种三者之间交互作用。不同功能型植物、不同N、P添加处理在N2O累计排放规律上呈现多样性,不同功能型植物在N2-P处理当中排放趋势最高,具有最大的排放量。四种林下植物的土壤CO2在排放初期都表现出较高的排放速率,随着时间的变化,累计排放量的增加速率减缓。综上所述:不同功能型植物在不同器官以及土壤当中对C的固定,N、P的利用效率上存在差异性,在土壤N、P限制因素中表现一致。不同物种土壤C、N、P含量之间存在的变异较大,在应对N、P添加下的响应机制不同。植物C、N、P元素之间相关性较差,化学计量比之间相关性较好,不同器官对林下植物与土壤间的元素循环有不同的影响。不同功能型植物土壤硝化与P元素吸收过程的机制不同。土壤当中C、N元素构成的有机化合物与N矿化来源密切相关。不同功能型林下植物也表现出不同的N2O和CO2排放规律。因此在考虑林下植物生长发育规律和土壤排放N2O和CO2规律受到环境因素的影响时,应该区分不同功能型植物之间具有的差异。
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