为探讨氮沉降及蚯蚓添加对幼苗生态系统呼吸速率的影响,本研究于2017年6—9月在山西省灵空山自然保护区的苗圃地开展实验,利用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测定了模拟氮沉降(0、50、100 kg N·hm-2·a-1,分别表示为CK、LN、HN)与蚯蚓添加处理(未添加蚯蚓处理(A)和添加蚯蚓处理(B))下,油松(Pinus tabuliformis)和辽东栎(Quercus liaotungensis)幼苗生态系统的呼吸速率。结果表明:不同幼苗生态系统呼吸速率对氮沉降处理响应不同,氮沉降对油松幼苗生态系统呼吸速率影响不显著(P>0.05),而对辽东栎幼苗生态系统呼吸速率影响显著(P<0.01);无蚯蚓添加时在低氮和高氮条件下辽东栎幼苗生态系统呼吸速率分别增加了0.61%和3.65%,蚯蚓添加时在低氮和高氮条件下分别增加了6.67%和31.82%;蚯蚓对不同幼苗生态系统呼吸速率均表现为明显的促进作用,添加蚯蚓使油松幼苗(P<0.01)和辽东栎幼苗(P<0.05)生态系统呼吸速率在CK、LN、HN处理下分别增加了16.04%、40.86%、1.15%和0.31%、6.34%、27.57%;氮沉降与蚯蚓的交互作用(P<0.05),可促进幼苗生态系统呼吸速率;蚯蚓添加下,油松各N处理下的呼吸温度敏感系数Q10值有所升高,而辽东栎的Q10值均有降低;随着施氮量的增加,油松的Q10值呈现出先下降后上升的趋势,而辽东栎的Q10值呈现出先增大后减小的趋势。
凋落物是土壤呼吸的重要碳源，氮沉降将改变其输入数量和质量，进而影响土壤呼吸。为揭示氮沉降和去除凋落物对土壤呼吸的影响，以太岳山油松林为研究对象，对林地分别作2种凋落物处理：去除凋落物（LR）、对照（CK1），设计4个施氮水平：不施氮（CK2，0 kg N·hm-2·a-1），低氮（LN，50 kg N·hm-2·a-1），中氮（MN，100 kg N·hm-2·a-1）和高氮（HN，150 kg N·hm-2·a-1），于2010—2012年生长季测定土壤呼吸速率的动态变化，并分析土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、土壤微生物生物量C、N的关系。结果表明：随着观测年限的推移，模拟氮沉降对对照处理的土壤呼吸速率、去凋处理的土壤呼吸速率、凋落物层呼吸速率的促进作用逐渐减弱。去除凋落物使土壤呼吸速率降低了29.0%，施氮减小了去除凋落物后土壤呼吸速率的变化幅度。土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著指数相关（P〈0.05），土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的37.3%～62.2%，去除凋落物降低了模型决定系数R2；以土壤温度和土壤水分构建的复合关系方程拟合效果均好于单因子模型，土壤温度和水分共同解释了土壤呼吸季节变化的67.6%～85.6%，并且施氮降低了去凋处理的复合模型决定系数R2，而对对照处理没有显著影响。施氮提高了土壤微生物生物量C、N，并且土壤微生物生物量C、N与土壤呼吸速率呈显著正相关（P〈0.05）。说明氮沉降、凋落物是影响油松林土壤CO2通量的两个重要因子。
【目的】比较长期施氮下不同氮水平间暖温带油松天然林土壤呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率差异,揭示土壤呼吸各组分变化的主要影响因子,以期为评价区域森林长期施氮对土壤呼吸的影响提供科学依据。【方法】在山西太岳山油松天然林进行10年(2009—2018)的氮添加试验,设置4个氮添加处理:对照(CK,0 kg N·hm-2 a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2 a-1)、中氮(MN,100 kg N·hm-2 a-1)和高氮(HN,150 kg N·hm-2 a-1),于2016—2018年生长季对土壤呼吸速率、自养呼吸速率和异养呼吸速率进行监测。【结果】在长期(8~10年)施氮下,相比对照,LN、MN和HN处理的年均土壤呼吸速率分别降低21.9%、27.3%和29.1%,年均异养呼吸速率分别降低21.8%、36.6%和31.4%,而土壤自养呼吸速率未改变,土壤pH值下降0.07、0.37、0.78个单位,微生物生物量碳含量下降了11.3%、14.5%、14.7%,但长期施氮未改变土壤有机碳、全氮和细根生物量;异养呼吸速率与土壤微生物生物量碳及自养呼吸速率与细根生物量均呈显著的线性正相关(P<0.01);不同处理下土壤自养呼吸速率和异养呼吸速率与土壤温度均呈显著的指数正相关(P<0.05);长期施氮可提高土壤自养呼吸的温度敏感性(Q10)(CK=2.19、LN=2.90、MN=2.86、HN=2.34),但会降低土壤异养呼吸的Q10值(CK=2.72、LN=2.23、MN=2.12、HN=2.27);土壤呼吸速率与土壤湿度的关系不显著;土壤温度和土壤湿度双因子模型可分别解释自养呼吸速率和异养呼吸速率的28.7%~42.0%(P<0.05)和64.9%~78.1%(P<0.001)。【结论】长期施肥未明显改变土壤自养呼吸速率。长期施氮通过抑制土壤异养呼吸使土壤总呼吸降低。长期氮添加对自养呼吸和异养呼吸Q10的影响不一致,而呼吸底物的可利用性和土壤微生物活性的变化是主要因素。为提高土壤呼吸及其组分预测模型的精度,应综合考虑细根生物量及呼吸底物的长期变化。
由于人类活动氮沉降呈逐年增加的趋势,进而增加了陆地生态系统氮的输入,从而影响陆地生态系统多样性、物种组成和功能。为揭示氮沉降增加对油松林草本群落的影响,于2009年7月在太岳山油松人工林和天然林,设计4个施氮水平:对照(CK,0 kg N hm-2a-1),低氮(LN,50 kg N hm-2a-1),中氮(MN,100 kg N hm-2a-1)和高氮(HN,150 kg N hm-2a-1),研究草本群落的生物多样性、生物量以及草本元素含量对模拟N沉降的响应。研究结果表明:模拟N沉降未能显著影响人工林草本群落的生物多样性(P>0.05),而中氮、高氮显著降低了天然林草本群落的生物多样性(P<0.05);从Jaccard指数和Sorensen指数分析得出人工林不同氮水平之间草本群落差异性较小,而天然林不同氮水平之间草本群落差异性较大。模拟N沉降没有显著改变人工林草本群落生物量(P>0.05),而高氮明显促进天然林草本群落生物量的增加(P<0.05)。与对照相比,模拟N沉降提高了人工林和天然林羊胡子苔草叶根中的全N含量(P<0.05),而降低了全Mg的含量(P<0.05),并且根部元素含量变化与土壤养分含量变化较为一致。施氮提高了N/K、N/Ca、N/Mg(P<0.05)的比值。说明油松林下草本群落对氮沉降的响应因林分土壤N饱和程度以及林地利用历史的不同而产生差异,其中天然林响应最为敏感。
