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随着全球经济的高速发展以及人口增长、化石燃料需求的增加,大气氮沉降成比例增加。我国己成为全球三大氮沉降集中区之一(分别为欧洲、美国和中国)。氮沉降的增加诱发了一系列直接威胁到人类生存和发展的重大环境问题,成为了各国政府和科学家最为关注的全球性重大生态和环境科学问题。撑绿杂交竹林作为退耕还林的主要竹种之一,在长江中上游生态屏障建设及地区经济发展中,具有重要的生态和社会效益。本研究以该区撑绿杂交竹(Bambusapervariabilis×Dendrocalamopsisdaii)为对象,通过模拟大气氮沉降来研究撑绿杂交竹林凋落物分解和土壤呼吸对氮沉降的响应特征和机制,为该区撑绿杂交竹林可持续经营提供参考,为华西雨屏区乃至亚热带地区竹林生态系统对氮沉降响应的研究提供理论基础。
从2008年1月至2009年2月,对华西雨屏区撑绿杂交竹林进行了原位模拟氮沉降实验,施氮处理共设:对照(ck,0gNm-2·a-1)、低氮(ln,5gNm-2.a-1)、中氮(mn,15gNm-2·a-1)、高氮(hn,30gNm-2·a-1)四个水平,分别研究了撑绿杂交竹林凋落物分解和土壤呼吸特征及其对模拟氮沉降的响应。
研究结果表明:
(1)在不同凋落物组分分解中,前10个月,叶的分解速率显著大于箨(p<0.05),10个月后,差异不显著;分解12个月后,叶和箨的质量残留率分别为33.29%和33.59%;叶分解失重率达95%所需的时间是2.53a,箨分解失重率达95%所需要的时间为2.81a。叶分解12个月时,各氮处理的分解速率均显著低于ck(p<0.05);箨分解13个月时,各氮处理的分解速率均显著低于ck(p<0.05)。各个时期,各氮处理凋落叶和箨中木质素和纤维素质量残留率均高于ck。这表明,氮沉降抑制了凋落叶和箨的分解,抑制了凋落叶和箨中木质素和纤维素的降解。各氮处理抑制了凋落叶和箨C、N、P、K、Ca、Mg元素的释放。
(2)各处理土壤呼吸都具有明显的季节动态,最高值均出现在7月份,与0~10cm土壤温度呈极显著指数正相关关系(p<0.001),与0~10cm土壤湿度相关性不显著(p>0.05);ln和mn一直促进土壤呼吸,hn前期促进,从2008年6月份则开始抑制土壤呼吸;2008年6月至9月,各处理土壤呼吸日变化趋势与月动态一致,即ln和mn促进土壤呼吸,hn抑制土壤呼吸;各处理土壤微生物量C和土壤呼吸对氮沉降的响应具有高度的一致性,土壤微生物量C可以作为氮沉降下土壤呼吸变化的一个衡量指标;各处理土壤pH与施氮量呈极显著负相关关系,hn的土壤pH后期一直在4以下,这也可能是hn抑制土壤呼吸的原因之一;撑绿杂交竹林土壤呼吸主要受温度影响,ln和mn增大土壤呼吸Q10值,hn减小土壤呼吸Q10值,表明土壤呼吸的温度敏感性受氮沉降影响且与施氮量有关。