氮沉降对城乡梯度麻栎林凋落物分解及养分释放的影响

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随着科技进步和社会发展,人类活动对自然生态环境的影响愈加显著。全球生态系统氮循环受到人类工农业生产活动影响,陆地生态系统氮沉降量增加迅速,导致生态系统养分循环受到限制。凋落物是生态系统中分解者物质和能量的主要来源,凋落物分解过程是森林生态系统中物质能量循环的关键和中心环节,对增强土壤生产力、调节能量流动与养分平衡具有重要意义。研究森林凋落物分解及其养分释放动态,在全球气候变化的大环境下具有极其重要的理论和现实意义。在全球大气氮沉降增加的背景下,研究凋落物分解及其养分释放对氮沉降的响应机理,可以更加深入地了解大气氮沉降增加对环境造成的影响。本研究以麻栎纯林为研究对象,沿城乡环境梯度,在合肥(大蜀山、紫蓬山)、六安舒城(万佛山)建立试验样地,进行模拟氮沉降实验,氮沉降梯度分别为:0 kg N ha-1yr-1(CK对照)、50 kg N ha-1yr-1(LN低氮)、100 kg N ha-1yr-1(HN高氮)。利用凋落物分解袋法,研究凋落物分解及其养分释放对氮沉降响应机制,分析城乡不同环境梯度凋落物分解及其养分释放差异和影响因子,为了解森林生态系统对氮沉降的响应,制定相关环境保护方针对策提供科学参考。研究结果如下:(1)麻栎林凋落叶干物质残留率在整个分解过程中随时间变化呈下降趋势,且城乡梯度下麻栎林凋落叶均表现为前期分解速率较快,后期分解速率趋于缓慢。不同城乡梯度下凋落叶分解速率差异显著(p<0.05),三种城乡梯度下凋落叶的分解速率大小表现为:乡村森林>城市森林>城郊森林。乡村森林中凋落叶分解速率更快的原因可能是乡村森林中受人为干扰较少,生物多样性更加丰富,水土保持良好,麻栎林凋落物养分积累多,丰富的养分有利于微生物的生长,从而促进凋落叶分解。(2)氮添加对城郊森林(紫蓬山)麻栎林凋落叶分解表现出一定的促进作用,氮添加实验增加了麻栎林叶片中微生物可利用N,促进其生长繁殖,从而促进养分循环和叶凋落物的分解速率,同时,氮添加实验促使城郊麻栎林中微生物群落组成转变,向更加高效但对N素有更高需求的方向发展。Olson负指数模型拟合结果显示,低氮添加缩短了城市森林和乡村森林凋落叶分解周期,但当施氮浓度升高时则会对凋落叶分解产生抑制作用。(3)城乡梯度下麻栎林叶凋落物C含量变化表现出不同形式,乡村森林叶凋落物C含量在氮添加处理下出现下降-上升趋势,而城市森林和城郊森林叶凋落物C含量在氮添加处理下表现为缓慢下降趋势。城乡梯度叶凋落物在氮添加处理下C含量显著高于对照林分,凋落物C含量总体上表现为先下降后上升趋势。不同城乡梯度下麻栎林凋落叶N含量均表现为富集—释放模式。凋落物分解过程中N含量的变化受生物分解和其他非生物因素分解的共同作用。凋落叶P元素在分解过程中主要表现为富集模式,三种城乡梯度下麻栎林凋落叶的平均C/P比均大于临界值,在分解过程中P含量呈增加趋势。由于乡村森林中凋落叶P比远高于城市森林,其叶片在分解过程中的P富集现象也更明显。K元素在凋落物分解过程中变化趋势为先上升后趋于平稳;Ca元素表现为波动下降,Mg元素表现为波动上升。三种城乡梯度下凋落物的C/N和C/P较高,体现植物对养分较高的利用效率。(4)N添加对凋落物养分释放的影响既取决于生态系统中分解者的种类和活性,也受到区域、气候、树种等诸多因素的影响。施N对C元素的释放没有显著影响,N添加显著促进了乡村森林和城郊森林凋落叶分解过程中N、P养分的释放,而对城市森林凋落叶N、P的释放没有显著影响。三种城乡梯度下凋落叶的分解环境差异较大,城市森林凋落叶的C/P比值低于乡村森林,施氮会改善其周围氮缺乏的状况,从而促进微生物群落的生长繁殖,加快其N、P元素释放。
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