氮添加对人工油松林细根分解过程的影响

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细根分解是生态系统物质循环和能量流动过程中的重要环节,其分解过程中释放的碳(carbon,C)、氮(nitrogen,N)、磷(phosphorus,P)等营养元素对改善土壤肥力、促进植物生长、提高营养元素利用效率等都有重要作用。细根分解是在生物和非生物多种作用下进行的,其分解的速率和养分释放的动态过程受到多种因素影响。目前持续增加的N沉降已成为全球性的环境问题,了解森林生态系统物质循环和能量流动对N沉降的响应情况,对于维护森林生态系统平衡以及全球生态健康具有重要意义。细根分解过程对N添加的响应研究已成为该领域研究的热点,这对于揭示生态系统物质循环和能量流动对环境变化的响应机制,森林生态系统自我供肥过程等都很有参考价值。本研究以油松三种径级(0-0.5mm、0.5-1、1-2mm)细根为对象,设置四种N添加处理(0、3、6、9g·N·m-2·yr-1),通过埋袋和定期取样的方法研究油松细根分解动态过程中干物质损失、C、N、P、可溶性糖、淀粉、木质素、纤维素以及灰分含量等对N添加的动态响应过程,主要结论如下:  (1)N添加首先会改变油松细根初始营养元素和组分含量,并且不同营养元素和组分含量对N添加的响应有所差异。三个径级细根C、N、P元素含量随着N添加浓度升高表现出先增加后减小的趋势在N3(3g·N·m-2·yr-1)添加水平时有最大值,即低浓度N添加促进细根中上述养分含量而在高浓度N添加降低了上述养分含量。  (2)油松细根在300天内经历了快速分解阶段(60天内)以及慢速分解阶段(60之后)。油松细根分解过程中干物质损失对N添加(两年)的响应不显著。利用Olson非线性模型对细根分解过程进行拟合发现不同径级的细根分解过程对N添加的响应不同,其中0-0.5mm细根分解系数最大值出现在N9(9g·N·m-2·yr-1)处理,0.5-1mm细根分解系数最大值出现在N3处理,1-2mm细根分解系数最大值出现在N0(0g·N·m-2·yr-1)处理。上述结果表明短期N添加对油松细根分解过程的影响不够明显,但是对于不同径级细根分解过程而言,它们对N添加的响应有所差异,造成这种结果与树木种类以及细根组成成分等有关。  (3)油松细根分解过程中C、N、P三种元素释放模式有所不同,C、N在分解300天内首先出现富集,然后迅速释放,最终保持稳定或缓慢降低;P则一直保持稳定释放状态。细根不同径级之间营养元素的释放情况也有所差异,表现为某级细根初始营养元素含量高,则分解较长时间后其残留率也高,即元素的释放情况与细根初始营养元素含量有关。N添加对元素释放在不同的细根径级和N添加水平条件下表现出促进或者抑制多种现象。其中0-0.5mm细根C元素释放在低浓度N添加(3g·N·m-2·yr-1)时被促进,N元素释放在中等浓度N添加N6(6g·N·m-2·yr-1)处理时被抑制;0.5-1mm细根N、P元素释放在中等浓度N添加时被抑制;N添加会促进1-2mm细根N元素的释放。  (4)结构性碳水化合物(纤维素、木质素)和非结构性碳水化合物(可溶性糖、淀粉)在细根分解过程中的释放模式不同,可溶性糖、淀粉含量在分解前期迅速减少,纤维素、木质素、灰分含量在分解周期内含量比较稳定或略有下降。高浓度的N添加(9g·N·m-2·yr-1)能够促进0-0.5mm细根可溶性糖和淀粉的分解,不同浓度的N添加对细根木质素纤维素分解促进或者抑制效应在不同径级间有所差异。  (5)影响细根分解的因素有很多,分解300天时油松细根残留率与初始C、C/N、木质素/N和纤维素含量显著负相关,与N、P、木质素、灰分含量等显著正相关。在低浓度N添加(3g·N·m-2·yr-1)条件下这些相关性得到加强而在高浓度条件下(9g·N·m-2·yr-1)这些相关性被减弱。作为植物组分的主要元素C、N、P三种元素的残留率与干物质残留率在分解过程中保持高度一致。木质素/N和木质素/P两个比值因素与细根残留率之间的相关性容易受到环境变化的影响。
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