西双版纳热带雨林生态化学计量时空分布特征研究

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近年来,人类活动频繁(如:化石燃料燃烧、农业施肥等),导致过量的营养物质进入生态系统,使生态系统退化。特别是在全球气候变暖日益显著,位于北回归线的西双版纳原始森林呈现斑块化特征。本文以西双版纳的季节雨林和山地雨林作为研究对象,通过分析C、N、P含量及其比值,探讨西双版纳热带雨林土壤元素生态化学计量的时空分布特征。结合氮添加实验,探究影响西双版纳季节雨林和山地雨林土壤中营养元素含量及生态化学计量特征的因素,以期在全球变化和氮沉降不断增加的背景下,为保护北回归线上唯一的热带雨林提供基础数据。(1)西双版纳热带雨林土壤内TOC、TN、TP平均含量分别为21.66mg/g、2.34mg/g、0.63 mg/g,其中TN平均含量高于全国陆地自然土壤中TN平均含量,而TOC与TP平均含量与全国陆地自然土壤的平均含量相近。各营养元素的生态化学计量比C:P(126.53)、N:P(12.49)明显高于全国陆地自然土壤C:P(52.70)、N:P(3.9),土壤中各营养元素因受到小区域环境因子影响,而显示出显著的地域特点。(2)季节变化(干季与湿季)对季节性雨林土壤中C、N、P含量及其生态化学计量变化影响不明显,而对山地雨林土壤中各元素生态化学计量影响较为显著(p<0.05),山地雨林土壤中各营养元素含量在旱季时期的变异性大小为TP>TOC>TN,雨季时期的变异性大小为TP>TN>TOC,土壤TP含量受到旱雨季变化影响最大,土壤TOC、TN平均含量均表现为雨季高于旱季,导致土壤内各元素的生态化学计量比变异性大小为N:P>C:P>C:N,且旱季时期的变异程度略大于雨季时期的变异程度,这与降水量多少有着密切的联系。(3)在空间(季节雨林和山地雨林)分布的影响下,土壤中TOC平均含量表现为山地雨林高于季节雨林;TN、TP平均含量在旱季时期表现为季节性雨林高于山地雨林;与之相反,雨季时期TN、TP平均含量表现为季节性雨林低于山地雨林,表明土壤元素含量变化除受到季节变化影响外,还受空间分布影响,这可能与区域内植被对营养的利用策略有关,导致土壤元素生态化学计量特征呈现出显著的空间异质性。(4)土壤中TOC含量受外界环境变化(大气氮沉降)影响较小,TN、TP受到的影响较为明显。添加LN时,土壤中TN、TP平均含量最高,添加MN时,土壤中TN、TP含量减少,表明土壤可以接受氮沉降阈值存在于LN-MN范围之内,即在20-40kg.N.hm-2.a-1之间,揭示了热带雨林土壤内养分元素含量变化会受到大气氮沉降的影响。(5)进行氮添加试验后,土壤中常量元素Mg、Ca、Na、K含量发生变化,其变化规律为常量元素含量总体上随土壤N元素含量增加而减少,其原因是随着氮添加量增加,导致土壤中H+积累量增加,土壤PH值下降,出现严重酸化现象,为了缓解这种现象,土壤内的一些碱性阳离子(Ca2+、Mg2+、K+)等会被释放出来,缓解由于过多氮沉降而引起的H+离子集聚效应,从而导致土壤中常量元素含量下降。
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