红壤侵蚀区马尾松—芒萁群落恢复对氮循环过程的影响

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氮是植物生长和发育所需的重要营养元素之一,氮素的可利用性不仅与群落演替之间存在反馈关系,而且是限制森林生态系统生产力的重要关键因子。因此对氮循环过程的研究,对评价生态系统的稳定性和生态修复工作具有重要的作用。本文以侵蚀退化地的马尾松林(未治理地、恢复16年和恢复34年)为研究对象,并对其设置3种处理:保留芒萁覆盖(NRD)、去除芒萁覆盖(RD)和林下裸地对照(CK)。探究氮循环过程变化及其影响机制,结果表明:(1)植被恢复对保留芒萁覆盖地的氮库未有显著影响,但其提高了乔木层、林下植被层和枯枝落叶层的氮库分配比例,降低了土壤层的氮库分配比例。芒萁覆盖增加了马尾松林生态系统氮库总量,在Y0、Y16和Y34中芒萁覆盖分别提高了生态系统氮库180%、28.01%和56.45%。去除芒萁后,未治理地(Y0)的氮库未显著变化,而治理地(Y16和Y34)的氮库分别显著降低了30.98%和9.33%。表明植被层氮储量对马尾松林生态系统氮库的贡献率在增加,同时芒萁覆盖有利于大量养分输入到土壤中,促进了退化红壤的改良。(2)植被恢复和芒萁覆盖显著提高了侵蚀退化地的氮年归还量。与未治理地相比,恢复16年和34年的马尾松林NRD处理氮年归还量分别提高了3.4倍和4.8倍,CK处理氮年归还量分别提高了6.8倍和5.5倍;同时在不同恢复年限中,NRD处理分别比CK处理高2.8倍、1.1倍和2.3倍。马尾松-芒萁群落总凋落物氮年归还量显著影响了土壤性质,与pH值和NO3--N含量呈显著负相关,与TN、SOC、C/N、AP、DOC和DON均呈极显著正相关;对土壤酶活性也有着积极作用,与AP、βG以及NAG均呈显著或极显著正相关;对土壤微生物群落数量及结构同样发挥重要影响,与MBC、MBN、GP、GN、ACT、Fungi、VAM以及F/B呈极显著正相关,与GP/GN呈现极显著负相关。(3)马尾松林土壤净氮矿化速率在春季为负值,在夏季和秋季呈上升趋势,并在秋季达到最大值,此后冬季有所下降。芒萁覆盖增加了土壤净氮矿化速率,可为植被生长发育提供更多的有效性氮,而去除芒萁后,净氮矿化速率下降。植被恢复年限的增加和芒萁的覆盖能显著增加TN、TP和DON含量,进而显著提高了氮矿化速率。细菌群落是土壤氮矿化过程的主要影响因子,酸杆菌门、浮霉菌门、疣微菌门、奇古菌对氮矿化速率和氨化速率呈促进作用,绿弯菌门、后壁菌门、GAL15对其呈抑制作用;GAL15能显著促进硝化过程,而拟杆菌门则对其有抑制作用。
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