氮沉降背景下土壤动物对峨眉含笑和喜树凋落叶分解的贡献

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凋落物分解是陆地生态系统物质循环和能量流动的重要环节,也是维持生态系统功能的主要过程之一。近几十年,大气氮沉降不断增强,并对生态系统结构和功能产生显著影响。土壤动物是凋落物分解重要参与者,大气氮沉降可能会影响土壤动物群落,进而间接影响凋落物分解。华西雨屏区是我国大气氮沉降最为严重的区域之一。至今,有关氮沉降背景下土壤动物对区域典型森林凋落物分解的贡献的研究尚十分有限。鉴于此,本研究以高氮沉降背景的四川盆地西缘的常绿阔叶林为研究对象,根据研究地点大气氮沉降背景值,设置3种氮添加处理(对照CK:0 kg·N·hm–2·a–1、低氮LN:20 kg·N·hm–2·a–1、高氮HN:40 kg·N·hm–2·a–1),研究了去除土壤动物(0.01 mm网袋)和土壤动物参加下(2 mm网袋)峨眉含笑和喜树凋落叶在不同氮添加处理下质量损失和养分释放速率,主要结果如下:1.峨眉含笑和喜树凋落叶质量损失差异显著,相同处理下喜树损失率显著高于峨眉含笑,试验期间峨眉含笑凋落叶质量损失率为47.6%–56.5%,喜树的为58.1%–76.4%。两种凋落物的质量损失过程能够被Olson模型较好拟合,土壤动物参加下低氮处理的含笑凋落物分解常数k值最高(1.67)。两种网袋的喜树凋落叶k值均表现为低氮>对照>高氮。相同网袋处理下,低氮处理促进喜树凋落叶分解,而抑制峨眉含笑分解,高氮处理抑制两种凋落叶分解。相同氮添加处理下,去除土壤动物易于降低凋落叶分解速率。2.所有施氮处理下,两个孔径含笑和喜树凋落物分解过程中碳呈净释放模式,而氮磷表现为释放–富集–释放模式,峨眉含笑尤为明显。试验末期,峨眉含笑碳释放率为65.4–76.6%,而氮和磷富集率则出现不同程度富集;相反,喜树凋落物碳氮磷在试验期间总体都在释放,试验末期各处理碳氮磷残留率依次为10.2–22.5%、23.2–49.9%和41.5–66.7%。土壤动物对峨眉含笑凋落物的碳释放率、氮释放率呈现正效应,而磷释放率则受土壤动物抑制。土壤动物对喜树凋落叶的碳、氮、磷释放表现为正效应。且土壤动物对喜树凋落叶碳、氮、磷的释放的贡献大于峨眉含笑的。相同网袋处理下,低氮处理通常能促进喜树碳氮磷释放而却抑制峨眉含笑碳氮磷释放,高氮添加则促进两种凋落叶碳氮磷富集。相同氮添加处理下,两个树种2 mm网袋凋落叶碳氮磷释放速率高于0.01 mm网袋,土壤动物对峨眉含笑的碳氮磷释放分别贡献了9.7%、6.6%、-1.8%,对喜树的碳氮磷的贡献各为7.3%、18.6%、17.7%。3.各处理峨眉含笑和喜树的钾和钠养分含量总体上呈快速释放,特别是分解初期。试验末期,峨眉含笑钾和钠残留率分别为21.1–30.9%、31.5–53.8%,而喜树钾和钠残留率分别为10.8–17.4%、23.1–39.2%。土壤动物对2种凋落叶的钾释放表现出正效应,土壤动物一定程度上增加了两种凋落叶的钠释放幅度。相同网袋处理下,低氮处理促进喜树钾和钠释放,但在一定程度抑制峨眉含笑,高氮添加阻碍两种凋落叶钾钠元素分解。相同氮添加下,相比去除土壤动物,土壤动物参与下的凋落叶钾钠释放速率通常更快。4.两种凋落叶的纤维素含量随分解逐渐下降,呈净释放模式。峨眉含笑纤维素含量低于喜树。各处理峨眉含笑和喜树木质素在分解后期均出现了积累现象,整体表现为先释放后积累模式。试验末期,两种凋落叶的纤维素和木质素残留率分别为18.5–43.2%和45.3–71.6%。土壤动物对两种凋落叶的木质素和纤维素的释放呈现出正效应。相同网袋处理下,氮添加抑制凋落叶木质素和纤维素降解。相同氮添加下,去除土壤动物减低了凋落叶木质素和纤维素释放速率。5.各氮处理下,含笑和喜树两个孔径凋落叶C:N和C:P比均随分解呈持续下降趋势,含笑和喜树C:N比分别从45.8和27.2降到11.6–17.5和8.2–12.2,而N:P比则保持相对稳定。相同处理下,喜树C:N比、C:P和木质素比氮均显著低于峨眉含笑。相同网袋处理下,低氮通常增加峨眉含笑C:N比和C:P比,而喜树则相反。相比于对照,高氮处理能在一定程度上促进两个物种凋落叶C:N、C:P和N:P比。相同氮添加下,土壤动物去除对凋落叶化学计量比影响不显著。综上所述,在模拟高氮添加背景下两种凋落物的分解受到阻碍,且土壤动物在此过程中发挥明显作用。凋落叶的干物质损失、元素释放模式与难分解物质降解受到单一氮添加或土壤动物显著作用。树种和分解阶段显著影响了凋落物分解及养分释放对氮添加的响应,分解后期氮沉降效应更明显。这些结果可为进一步深入理解亚热带森林生态系统土壤碳固存和养分周转对氮沉降的响应和适应提供科学依据。
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