氮沉降与降水变化对东北森林土壤有机碳稳定性的影响

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土壤团聚体是物理保护土壤有机碳免受微生物分解的重要土壤结构特征。了解土壤团聚体的稳定性、周转速率以及其包裹的有机质的稳定性,是了解土壤固碳潜力以及制定缓解全球变化决策的重要基础。然而全球变化中氮沉降的增加、降水格局变化对森林土壤过程的影响乃至土壤团聚体的物理保护作用的影响将会对全球变化产生重要反馈作用。因此,通过对杨桦林进行三个梯度的施氮试验以模拟不同梯度的氮沉降水平对土壤结构的影响;以及对阔叶红松林通过降雨转移和施氮试验来研究不同降水格局与施氮水平对土壤结构的影响。通过6年的原位试验,采集土样进行室内分析,结果表明:  (1)土壤结构性指标深受施氮与降水减少的影响。施氮与降水减少对阔叶红松林土壤的影响大于杨桦林,但施氮与降水减少均导致两样地土壤结构的容重、田间持水量、稳定渗透率的降低,然而存在季节上的差异。施氮与降水减少降低了土壤根系的生物量、也降低了球囊霉素的含量,从而降低了土壤团聚体平均重量直径。  (2)土壤团聚体的有机碳含量在施氮与降水减少处理之后没有显著的改变,但是团聚体有机碳储量在施氮与降水减少之后发生了显著的变化。其中2-8mm的团聚体内有机碳储量显著的降低,而在0.053-2 mm的团聚体内有机碳储量则显著的增加。而降水减少与施氮的共同作用对这种影响更为明显。  (3)团聚体粒径越小其土壤养分含量越高,从而其气体的排放/吸收量高于较大的团聚体。施氮处理对两种林型的土壤团聚体的气体排放都有显著的影响,特别是在阔叶红松林中,施氮处理对三种气体的排放/吸收都有显著的降低,其中CO2的降低幅度达到30%。  (4)不同施氮水平下对于杨桦林土壤团聚体内包裹的mM有机碳含量的影响存在粒径差异,其中0.25-2 mm粒径的大团聚体包含着比2-8mm更多的mM,而且在施氮之后显著的增加。而且施氮处理之后mM碳含量增加的部分不是在fPOM而是在intra-SC中。δ13C值与C/N比在施氮之后的变化也证实了这结论。  (5)阔叶红松林土壤经过施氮与降水减少处理之后土壤中的CPOM和mM中含有的有机碳含量均有所降低,δ13C值、δ15N在施氮处理下有富集趋势,但在降水减少及降水减少和施氮共同处理下均有贫化的趋势,说明施氮有增加有机碳稳定性的趋势,但与降水减少共同处理后则会使团聚体内有机质加速分解。
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