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施氮是维持和提高森林生态系统生产力的必要措施,同时也增加了养分流失和环境污染的风险。关于人工林施氮强度对具体某—土壤条件下的养分流失影响已经开展了大量研究,但是不同土壤肥力水平或者土壤有机碳水平人工林对施氮的响应及效应,会由于生态系统碳、氮循环的耦合途径与程度的不同而不同,这种差异鲜有报道。探讨施氮对不同土壤有机碳水平人工林施氮的生态环境效应,对于人工林合理施肥、科学评估与降低施氮的生态环境风险具有重要意义。本研究针对桉树人工林施氮的环境效应,选取土壤有机碳差异显著的两块桉树林样地(高土壤有机碳样地,HSOC;低土壤有机碳样地,LSOC),并设置不同施氮处理(不施氮处理,CK;低施氮量,LN;中等施氮量,MN;高施氮量,HN),通过野外监测和室内分析相结合的方法,研究了施氮对不同土壤有机碳水平桉树林温室气体排放和土壤养分淋溶的影响。主要结果如下: (1)广西桉树人工林各施氮处理下土壤CO2、CH4和N2O年均通量分别为214~402 mg m-2 h-1、-42~-31μg m-2 h-1和12~371μg m-2 h-1。其中CO2和N2O排放表现出明显的季节变化,在生长季(4月~10月)较高,非生长季(11月~次年3月)较低,土壤温度和水分是CO2和N2O季节变化的主要驱动因子。 (2)施氮显著增加了桉树林土壤CO2和N2O排放,抑制了CH4吸收。土壤CO2年均排放通量表现出随施氮量增加而增加的趋势,在HN处理下显著高于CK处理(p<0.05); CH4年均吸收通量表现出随施氮量增加而降低的趋势,在MN和HN处理下显著低于CK处理(p<0.05); N2O年均排放通量随施氮量增加而增加,且各处理间差异显著(p<0.05)。 (3)不同土壤有机碳桉树林土壤CO2和N2O排放对施氮的响应存在差异。高土壤有机碳桉树林CO2排放对施氮的响应更敏感。在LSOC样地,LN、MN和HN处理下土壤CO2年均排放通量与CK处理无显著差异,而在HSOC样地,HN处理下土壤CO2年均排放通量显著高于CK处理(p<0.05)。土壤有机碳水平对桉树林N2O排放的影响在高施氮量处理下更强。在CK和LN处理下,HSOC样地土壤N2O年均排放通量与LSOC样地无显著差异,而在MN和HN处理下,HSOC样地土壤N2O年均排放通量显著高于LSOC样地(p<0.05)。 (4)广西桉树人工林生长季土壤碳(C)、氮(N)、钾(K)、钙(Ca)、钠(Na)和镁(Mg)淋溶量分别为0.51~1.41 g m-2、0.15~5.13 g m-2、0.15~0.56 g m-2、0.68~2.30 g m-2、0.22~0.49 g m-2和1.35~4.75 g m-2。 (5)施氮显著增加了桉树林土壤养分淋溶。土壤N淋溶量随施氮量增加而增加,且各处理间差异显著(p<0.05);土壤C、K、Ca和Mg淋溶量表现出随施氮量增加而增加的趋势,在MN和HN处理下显著高于CK处理(p<0.05);土壤Na淋溶量在LN处理下显著高于CK处理(p<0.05)。 (6)不同土壤有机碳桉树林土壤养分淋溶对施氮的响应存在差异。土壤C和N淋溶量均随施氮量增加而增加,在HSOC样地的增加幅度高于LSOC样地,表明高有机碳土壤C和N淋溶对施氮的响应更敏感。土壤K、Ca和Mg淋溶量也随施氮量增加而增加,但在LSOC样地的增加幅度高于HSOC样地,表明低有机碳土壤K、Ca、Mg等阳离子淋溶对施氮的响应更敏感。 上述结果表明,桉树人工林施氮对土壤温室气体排放、养分淋溶的影响随土壤有机碳水平的不同而不同,在人工林科学施氮、评估和调控人工林施氮的环境效应过程中,充分考虑人工林土壤有机碳水平将有助于提高人工林温室气体排放通量估算精度、减少人工林土壤养分流失及其环境污染风险。