氮磷添加对天童常绿阔叶林树木生长的影响

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树木生长与森林生态系统碳汇之间有着密切联系。人类活动引起的大气氮、磷沉降在过去几十年中急剧增加,且未来呈上升趋势。持续的氮磷输入会改变森林土壤氮磷养分可利用性,影响植物对养分的吸收与利用,进而影响树木生长。我国亚热带常绿阔叶林集中分布区目前面临着大气氮、磷沉降严重且不平衡的问题,这将如何影响该地区森林树木生长?内在的养分调控机制是什么?目前还少有研究针对上述问题进行解答。而上述问题的回答,将有助于我们更加准确地预测亚热带常绿阔叶林森林碳汇。本研究依托浙江天童常绿阔叶林长期氮磷添加样地,该样地始建于2010年末,设置4个施肥处理,包括对照、加氮(100 kg N hm-2yr-1)、加磷(50 kg P hm-2yr-1)、同时添加氮磷(100 kg N hm-2yr-1+50 kg P hm-2yr-1),通过野外调查、植物和土壤取样与分析,获得不同年份(2010年末、2014、2017和2020年)的树木生长状况、土壤理化性质及叶片性状数据,分析群落尺度及个体大小尺度上氮磷添加对树木生长的影响及其随施肥年限的变化情况,并探究其背后的养分调控机制。主要研究结果如下:(1)森林群落树木生长对氮磷添加的响应存在时间累积效应。随着施肥年限增加,树木生长的响应率逐渐上升,由负响应转变为正响应。对照处理下,群落所有树在不同施肥年限下的平均树木相对生长速率(RGR)为0.025~0.036 mm mm-1yr-1。在施肥达到9年时氮磷共同添加显著地促进群落树木生长,该处理下树木平均RGR与对照相比增加了25.27%。(2)树木生长对氮磷添加的响应存在个体大小效应,与施肥类型有关。大树生长对氮添加表现出正响应,对磷添加表现出负响应。小树生长对长期氮磷添加表现为正响应。对照处理下,大树在不同施肥年限下的RGR为0.012~0.021 mm mm-1yr-1,小树在不同施肥年限下的RGR为0.027~0.040 mm mm-1yr-1。施肥达到6年时氮添加显著促进大树生长,该处理下大树平均RGR与对照相比增加了18.75%;施肥达到9年时,氮磷共同添加显著促进小树生长,该处理下小树平均RGR与对照相比增加了44.98%。(3)氮磷添加会引起土壤有效氮磷的增加,增加植物的可利用养分。尽管大小树养分限制状况不同,但土壤养分限制得到缓解时,都会使植物叶片氮磷含量增加,促进碳同化,促进个体和群落水平树木的生长。本研究发现在土壤缺磷但区域氮沉降严重的森林中,长期氮磷添加可促进群落树木生长,但不同个体大小树木因养分限制差异生长响应不一致。本研究的主要发现加深了树木生长对氮磷输入响应随时间变化规律的认识,进一步验证了从个体大小角度研究氮磷输入对树木生长影响的必要性,有助于深化在氮沉降大背景下,常绿阔叶林树木生长的生态响应机制的理解。
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