论文部分内容阅读
在过去一个世纪,化肥的大量使用、化石燃料的燃烧及固氮植物的大量种植使得人为活动向大气中排放的含氮化合物日益增多,通过沉降方式进入生态系统的含氮化合物也大量增加。氮素输入的增加会影响生态系统结构和功能,如改变生态系统碳收支平衡,影响氮、磷养分循环,降低物种多样性,影响温室气体排放,酸化土壤等。林下植被是森林生态系统的重要组分,在驱动生态系统养分循环和维护森林生产力方面起着重要作用。林下植被对外界干扰较上层木敏感,能够很好地指示环境变化,林下植被的物种组成和生物量的变化很大程度上反映了土壤性质的改变,能够很好地预测森林生态系统的健康情况和发展趋势。
本研究以科尔沁沙地11年生樟子松人工林生态系统为研究对象,通过一个生长季内(5-8月)氮添加(对照和添加8gN·m-2)与林下植被管理(去除和对照)试验,分析土壤化学和生物学性质对上述两因素的响应;氮添加对樟子松林下植被物种多样性和生产力的影响;通过室内培养试验,分析氮添加与物种多样性变化对凋落物混合分解的影响,得到以下主要结果:
(1)氮添加提高了土壤NO3--N含量、潜在净氮矿化速率和净硝化速率,而对其他指标的影响不明显。林下植被去除显著降低了土壤NH4+-N含量、潜在净氮矿化速率、微生物生物量碳和微生物生物量碳/氮比,提高了土壤Olsen-P含量,而对土壤NO3--N含量、潜在净硝化速率和土壤酶活性的影响不显著。土壤NH4+-N含量对林下植被去除与氮添加的交互作用的响应显著;而NO3--N含量虽对林下植被去除与氮添加处理的交互作用响应不显著,但在氮添加同时进行林下植被去除的样地中,土壤NO3--N含量比只进行氮添加处理的样地提高了27%,提高了土壤中NO3-的淋失潜力。林下植被是影响樟子松人工林土壤化学和微生物学性质的重要因素,因此在森林管理和恢复过程中,不能忽视林下植被的作用。
(2)氮添加显著降低了林下植被Simpson多样性指数,显著提高了一年生植物的优势度,而对林下植被科属组成的影响不显著。在氮添加和对照条件下林下植被都以禾本科植物为主,作为林下植被群落优势种的狗尾草在氮添加条件下,其重要值由25.2显著提高到43.4。氮添加显著提高了林下植被的盖度,并使地上部分生物量由127.1g·m-2显著增加到249.2g·m-2。
(3)在84d的室内分解实验中,碳/氮比和木质素/氮比较低的黄蒿、狗尾草分解速率显著高于樟子松的分解速率。氮添加显著促进了凋落物的单一分解速率和混合分解速率。均匀度及优势种特性在分解的前42d显著影响混合分解速率,而在整个分解过程中作用不显著。氮添加干扰了凋落物分解过程中的混合效应,促使了负的非加性效应产生。不同质量的凋落物在混合分解过程中的表现不同,在未加氮的各处理中,樟子松针叶分解速率在混合条件下较单一分解均有不同程度的提高,而黄蒿的分解速率在单一分解条件下要高于混合条件下。此外,在氮添加的各处理中,樟子松针叶的分解速率与单一条件下均没有产生显著性差异,这可能是由于碳/氮比低的樟子松针叶在氮添加后减缓了氮对其分解的限制。氮添加通过改变土壤氮素有效性和林下植被物种多样性而影响樟子松人工林生态系统内凋落物的分解速率。