论文部分内容阅读
随着全球经济的高速发展及人口增长、化石燃料消费的增加，大气氮沉降成比例增加。由于森林是氮沉降大面积的直接承受者，在欧美地区已开展了大量关于氮沉降对温带森林生态系统结构和功能的影响的研究。然而国内在这方面的研究还处在起步阶段。因此，在氮沉降全球化的背景下，对亚热带人工林进行模拟氮沉降研究，可以弥补这一地区关于森林生态系统对氮沉降响应特征和机制的数据的不足，为我国乃至亚热带地区关于森林生态系统对氮沉降研究打下基础和为杉木林的可持续经营提供理论指导。在12 a生的杉木人工林中开展4种水平的模拟氮沉降试验，分别为NO（对照）、N1、N2、N3，N沉降量依次为0、60、120、240Kg N hm-2·a-1，本文研究了氮沉降对杉木人工林针叶养分、林木生长及凋落物养分动态的影响。研究结果表明：（1）N1、N2、N3处理分别使杉木针叶平均N含量增加18.25％、11.68％和13.14％，而C／N比分别下降15.07％、9.96％和12.01％。总的来说，氮沉降对针叶中的P、K、Ca、Mg含量表现出一定的抑制作用。尽管养分含量随时间变化表现一定的波动，但相对于对照（NO），3种N沉降处理使针叶中N与其它元素的比值得到相应提高，从而影响针叶的养分平衡。（2）中氮处理（N2）和高氮处理（N3）明显促进了杉木胸径的生长，而低氮处理（N1）没有对胸径生长产生影响。氮沉降同样促进了树高的生长，但随着氮沉降水平的增加，其影响有减弱趋势。各水平N处理杉木年平均蓄积增长量分别为28.82、28.96、32.63和33.68m3．hm-2，氮沉降表现出提高林分蓄积量的作用。（3）对照样地的年凋落量为2427.51 kg·hm-2，而经N1、N2、N3处理后，其年凋落物量分别为2238.10kg·hm-2、2286.66 kg·hm-2、2599.50 kg·hm-2。方差分析表明，高氮（N3）处理显著增加了杉木林凋落物量（P＜0.05），而中低氮处理（N1、N2）则表现出一定的抑制作用，但没有统计上的显著差异。各处理的总凋落物量表现出明显的季节动态，在2月、5月和7月出现3个比较明显的峰值。在凋落物的组成中，落叶占总凋落量的70.49％～73.67％，其次分别为落枝（19.38％～20.39％）、碎屑物（4.98％～7.70％）、落果（1.11％～2.16％）和树皮（0.29％～0.33％）。LSD多重比较显示，N3处理对落叶和落果产生显著影响，而对其它组分的影响不明显。（4）4种微量元素在凋落物各组分中的年平均含量大小表现为Fe＞Mn＞Zn＞Cu。氮沉降处理，尤其是中低水平的氮沉降（N1、N2）明显增加了凋落叶中Mn、Fe元素的含量，但在一定程度上降低了Zn元素含量。各微量元素在1 a中出现两个养分归还高峰期，第1次峰值大都出现在4月份，但第2次峰值出现的时间不一致。经N0、N1、N2、N3处理，Cu元素的年归还量分别为8.69、8.99、9.79和8.77 g·hm-2；Mn元素年归还量分别为244.91、293.95、278.68和200.99 g·hm-2；Zn元素年归还量分别为40.08、42.92、44.73和38.63 g·hm-2；Fe元素年归还量分别为459.00、614.09、598.81和406.28 g·hm-2。相对于N0处理，N1、N2处理表现出提高凋落物Cu、Mn、Zn、Fe元素归还量的正作用，而N3处理表现为负作用。（5）经N0、N1、N2、N3处理2 a后，凋落物残留率分别为24.58％、21.99％、15.46和25.17％，分解系数分别为0.7764、0.8076、1.0188和0.7608，95％分解所需时间分别为3.99 a、3.95 a、3.06 a和4.11 a，表明N1、N2促进了凋落物的分解，而N3则表现出一定的抑制作用。（6）经N0、N1、N2、N3处理后，凋落物分解过程中C平均含量分别为46.47％、46.35％、46.79％、46.6％，各处理之间无显著差异，但均随着分解时间的增加呈下降趋势。氮沉降明显增加了凋落物中的N含量，且随着沉降水平的增加而增加。各处理凋落物C的分解系数依次为0.739、0.744、0.936、0.708，周转期为4.26 a、4.26 a、3.46 a、4.41 a；而N的分解系数分别为0.458、0.543、0.776、0.565，周转期为6.26 a、5.44 a、3.91 a、5.20 a：Mn元素的周转期分别为8.29 a、6.81 a、5.06 a、4.41 a；Zn元素的周转期分别为6.63 a、4.43 a、4.28a、5.27 a。N1处理表现出促进N释放的作用，但对C释放影响不明显；N2处理促进了凋落物C、N元素的释放，而N3处理则表现出一定的抑制作用。氮沉降处理也明显降低了凋落物的C／N比，N1、N2、N3处理使C／N比分别下降8.59％、14.20％和17.54％。