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全球气候变暖和氮沉降都是当今世界全球变化研究的重要内容。土壤呼吸是调控全球碳循环和气候变化的关键过程,其对土壤温度和土壤氮有效性变化都非常敏感。川西亚高山森林地处全球气候变化的敏感区域,且拥有巨大土壤碳库。当前及未来气候变暖和氮沉降可能对该区域森林生态系统碳循环过程产生深刻影响,并可能改变区域生态系统碳源、汇的方向和强度。因此,本研究以川西亚高山针叶林土壤为研究对象,采用红外辐射器模拟增温和外施NH4NO3氮肥的方法,通过测定土壤呼吸、土壤碳/氮库及与土壤碳循环密切相关的土壤微生物及酶活性,揭示增温和施氮对亚高山针叶林土壤碳循环过程的初步影响。具体研究结果如下:
1.本研究中,红外加热器提高了月平均空气温度,增温样地月均空气温度为13.08℃,比对照样地(11.20℃)高1.88℃。空气温度增幅的季节变化上表现出为夏季增温幅度大于冬季增温幅度。增温样地空气相对湿度教对照样地降低了10.72%。增温与对照样地空气相对湿度差异的季节变化,与样地空气温度的季节变化规律呈相反趋势。增温样地0cm层土壤温度比对照样地提高3.64℃,增温样地5cm层土壤温度比对照样地提高3.43℃,冬春两季的增温幅度大于夏秋季节。表层土分别为4.15和3.25℃;5cm深土壤冬春和夏秋季节增温幅度分别为3.57和3.20℃。增温还使得冬季土温表现出随土壤深度增加而降低,并且显著增加了全年各层土壤温度差异。
2.增温和施肥对两种幼苗样地土壤呼吸特征具有明显不同的影响效应。增温显著影响了岷江冷杉幼苗样地的土壤呼吸速率,而施氮则显著影响了云杉样地的土壤呼吸速率。增温显著影响了岷江冷杉土壤的土壤呼吸速率,并且呈现出负效应,增温样地平均土壤呼吸速率为3.15μmolm-2s-1,相比对照样地,增温样地土壤呼吸速率降低24.46%,;对云杉样地来说,增温样地年平均土壤呼吸速率为4.12μmolm-2s-1,施氮样地平均土壤呼吸速率为2.79μmolm-2s-1,与对照样地相比,施氮样地降低38.82%,施氮则是显著影响了云杉样地的土壤呼吸速率。增温和施氮处理增加了土壤碳库,但是没有达到显著影响。岷江冷杉林,增温处理、施氮处理分别使得活性碳库(I)增加4.4%、9.3%;云杉林下,增温处理、施氮处理分别使得活性碳库(I)增加8.8%、10.3%。
3.增温和施氮下,增温处理降低了岷江冷杉和云杉土壤微生物量碳,施氮处理也有相似的影响效应,对于微生物氮以及土壤微生物量C/N增温和施氮处理也有相似结果,说明微生物生物碳和微生物生物量氮的响应基本与土壤呼吸的变化一致。即:增温对岷江冷杉样地的土壤微生物量碳/氮表现出负效应,施氮对云杉样地的土壤微生物量碳/氮表现出负效应。
4.增温和施氮处理都显著降低了土壤转化酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶的活性。施氮处理显著影响了云杉幼林土壤的脲酶活性,并且表现出正效益;但是对岷江冷杉幼林土壤却表现出负效应。上述研究结果从另一个侧面证实了增温和施氮处理会降低土壤呼吸速率。