模拟氮沉降对湿性常绿阔叶林土壤溶液化学特性的影响

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自人类进入工业化社会以来,化石燃料的燃烧、农业化肥的大量使用和畜牧业的发展等人类活动造成越来越多的含氮(N)化合物被排放到大气中,导致全球大气N沉降量不断增加。过去的半个世纪,全球范围内开展了大量的研究以揭示N沉降对生态系统的影响。土壤溶液作为土壤固相发生化学反应的介质,同时也作为土壤与植物、水生生态系统等环境物质交换的载体,能够对环境的改变迅速做出反映,这为进一步探究N沉降对森林生态系统的影响及作用机制提供参考。因此,本研究以雅安碧峰峡湿性常绿阔叶林为研究对象,设置对照(CK,0 g N·m–2?a–1),低N(LN,5 g N·m–2?a–1),高N(HN,15 g N·m–2?a–1)三个处理水平,通过人为外施N肥的方式来模拟N沉降,并利用负压式土壤溶液取样器对不同土层(A层:37-45 cm,B层:52-60 cm)土壤溶液进行定位采集(每月一次,为期一年),并分析其化学变化,以揭示森林不同土层土壤溶液对N沉降的响应情况。得出以下主要研究结果:(1)自然状态下,A层和B层土壤溶液DOC年均浓度分别为12.7 mg·L–1和10.9mg·L–1。LN和HN处理显著降低A层土壤溶液的DOC年均浓度,降幅均为20%。模拟N沉降对B层土壤溶液DOC年均浓度的影响不显著。模拟N沉降对两个深度土壤溶液的芳香化指数无显著影响,即有机质结构并未受到N沉降增加的影响。(2)自然状态下,土壤溶液NH4+年均浓度分别为0.10 mg·L–1(A层)和0.05mg·L–1(B层),NO3年均浓度分别为3.94 mg·L–1(A层)和4.27 mg·L–1(B层)。模拟N沉降显著增加各层土壤溶液NO3浓度,LN处理下增幅达250%(A层)和170%(B层),HN处理下增幅达690%(A层)和630%(B层);NH4+浓度仅在HN处理下显著增加,增幅达1050%(A层)和460%(B层)。(3)自然状态下,土壤溶液pH年平均值为6.39(A层)和6.18(B层),模拟N沉降显著降低pH值。模拟N沉降对土壤溶液Ca2+、Mg2+年均浓度无显著影响,Al3+年均浓度在HN处理下显著升高,增幅达310%(A层)和230%(B层)。(4)自然状态下,A层和B层土壤溶液Zn2+年均浓度分别为0.14 mg·L–1和0.10mg·L–1;全铁离子年均浓度分别为0.60 mg·L–1和0.50 mg·L–1。模拟N沉降对金属离子全铁离子及Zn2+的影响机制不同,N添加显著促进土壤溶液Zn2+浓度,显著降低全铁离子浓度。(5)自然状态下,A层和B层土壤溶液SO42–年均浓度分别为165 mg·L–1和93mg·L–1;SiO42–年均浓度分别为11.9 mg·L–1和11.5 mg·L–1。模拟N沉降显著抑制A层土壤溶液的SO42–浓度;B层土壤溶液SO42–浓度及两土层深度的SiO42–浓度均不随N沉降的增加而变化。(6)自然状态下,土壤溶液电导率年平均值为198μs·cm–1(A层)和126μs·cm–1(B层),氧化还原电位年平均值为249 mV(A层)和276 mV(B层)。两个土壤层的电导率及氧化还原电位有明显的季节动态,均在3至7月较高,模拟N沉降显著增加土壤溶液电导率和氧化还原电位。
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