氮磷添加对南亚热带两种成熟人工林凋落物分解的影响

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豆科树种常作为先锋树种广泛运用于热带和亚热带地区退化生态系统的恢复,其对改善贫瘠土壤的养分状态、增加土壤碳库有重要作用。凋落物是森林生态系统碳库和养分库的重要组成部分,凋落物分解是调节森林养分归还、腐殖质形成和积累,以及生态系统碳循环的关键过程。近几十年来,由人为活动引起的大气氮沉降在全球范围内迅速增加,未来更多的氮沉降将集中在热带和亚热带地区。热带/亚热带地区生态系统普遍受到磷的限制或系统磷元素相对缺乏,大气氮沉降的不断增加会加剧该地区生态系统磷限制,这在中国南方土壤高度风化的地区将会尤为明显。然而目前关于氮沉降、磷有效性及两者的交互作用对热带地区豆科树种人工林凋落物的分解的影响及其可能机理的研究却未见报道。  针对以上问题,本研究利用在鹤山建立的氮磷添加实验样地,研究了南亚热带两种典型的成熟人工林,即大叶相思(Acacia auriculiformis,豆科树种)林和尾叶桉(Eucalyptus urophylla,非豆科树种)林的凋落物分解对氮、磷添加的响应。本研究的目的是(1)探讨豆科和非豆科树种人工林凋落物的分解速率与养分变化格局的差异性;(2)比较不同氮添加水平对两种人工林凋落物分解的影响;(3)阐明磷以及氮磷共同添加对两种人工林凋落物分解的影响。本研究取得的主要结果如下:  (1)尾叶桉凋落物的分解速率快于大叶相思凋落物,在分解18个月后,尾叶桉凋落物比大叶相思凋落物具有更高的的质量残留率以及碳残留率。大叶相思具有更高的凋落物初始木质素含量;同时其较高的凋落叶氮及土壤无机氮含量可能抑制了木质素组分的降解可能是导致这一结果的主要原因。  (2)随着氮添加水平的提高,大叶相思林凋落物的分解速率和碳损失逐渐降低。导致这一结果的原因是外加氮抑制大叶相思林土壤微生物的生长、改变其群落组成以及凋落物中木质素的分解被抑制。同时氮添加抑制凋落物氮、磷元素的释放,增加残留凋落物的氮、磷元素含量。施氮对尾叶桉林凋落物的分解没有显著影响,主要原因是土壤微生物对氮添加的响应并不显著。  (3)磷添加显著加快凋落物分解速率和碳损失,其中磷有效性的提高促进土壤微生物的生长是主要原因。P添加促进凋落物分解早期的磷的净固定,随后P的净固定开始下降。分解12个月后,大叶相思林施磷样方(HP和HNP)凋落物P库与初始P库相当,而尾叶桉林施磷样方表现为净P释放。以上结果表明这两个人工林的凋落物分解过程均受到磷限制,而且这种限制作用在大叶相思林中更明显。同时我们还发现与单独施氮相比,氮磷共同添加促进了大叶相思林凋落物的分解速率,加快了凋落物的碳损失,表明P添加能抵消氮添加对凋落物分解的抑制作用。  我们的结果表明长期氮沉降通过抑制成熟豆科人工林凋落物的分解,将会增加枯枝落叶层碳积累及氮、磷元素留存;而磷有效性的增加(大气磷沉降、磷肥的使用)将抵消氮沉降对成熟豆科人工林凋落物分解的抑制作用,加速凋落物的碳损失。
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