模拟氮沉降对高黎贡山自然公园片区中山湿性常绿阔叶林土壤呼吸速率的影响

李雪娟 乔璐 唐宗英 赵士杰 车丽莎 付磊昌

摘要：于2016年12月至2017年10月，对黎贡山中山湿性常绿阔叶林进行了模拟氮沉降试验，采用的氮沉降水平分别为对照、低氮、中氮和高氮，每月定期用红外CO2分析法测定土壤呼吸速率。结果表明：2016年12月至2017年10月，土壤呼吸受到了一定的抑制;抑制程度最明显的是N3O处理，说明高氮处理对土壤呼吸的抑制作用较明显;N15、N5、NO这3个氮处理的呼吸速率较接近，特别是N15与NO两者变化不大。

关键词：中山湿性常绿阔叶林，土壤呼吸，氮沉降

中图分类号：S714

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）2-0009-02

1 引言

森林生态系统作为陆地生态系统的主体，在维持全球生态系统碳平衡以及调节全球气候等方面有重要作用[1]。随着人工施氮和化石燃料的大量使用，大气沉降的氮量也在逐年增加。轻度的氮沉降会促进植被的生长，但过量的沉降氮会引起生物多样性的降低、土壤酸化等[2-4]，影响森林生态系统的土壤呼吸。在全球环境问题日益严重的今天，研究森林土壤呼吸作用对大气氮沉降的响应机制，是评估碳循环动态、预测全球碳收支的基础，国内外学者展开了很多相关研究，如Cleveland和Townsend[4]在热带雨林的研究发现施氮增加了植物的细根生物量，从而促进了土壤呼吸速率;涂利华等[5]在华西雨屏区苦竹林的研究表明，氮沉降增加了微生物的生物量碳、氮含量，提高了土壤微生物呼吸速率，进而促进了土壤总呼吸。由于受众多因子的影响，土壤呼吸速率对氮沉降的响应主要表现为氮沉降对土壤呼吸的促进[6]、抑制[7，8]和无影响[9，10]这3种情况，说明森林生态系统土壤呼吸对氮沉降增加的响应仍然有很大的不确定性。

高黎贡山位于中缅交界地带，是国际关注的地理学与生物学保护研究的关键地区之一，目前已有的研究包括高黎贡山的气候条件、地质特征、主要植被和土壤类型等各个方面，而关于氮沉降与土壤呼吸之间的关系的研究还比较缺乏。因此，在高黎贡山开展森林生态系统土壤呼吸对氮沉降增加的响应研究，也有助于加深对森林生态系统功能及其影响因素研究的深化。

2 材料和方法

2.1 研究地基本概况

研究地位于高黎贡山国家级自然保护区赧亢管理站管辖范围内的实验区（24°49′N，98°46′E;海拔2050m）。该地区的气候类型属于我国西部型季风气候的暖性湿润型，年平均温为13.2℃，最热月平均温为17.1℃（7月），最冷月平均温为6.2℃（1月）。年均降雨量在1000 mm以上。土壤类型为黄棕壤。植被类型为中山湿性常绿阔叶林，以香叶树Lindera communzs，红木荷Schema wallichii，青冈Cyclobalanopsis glauca，扭子果Ardzsza vzrens，粗穗石栎L.saepadmo，胡桃，uglansregia，隐纹杜茎山Maesa mani purensis，灰毛浆果楝C/-padessa cinerascens，粗毛羊蹄甲Bauhinia hirsuta，桂北木姜子Litsea subcoriacea，中平树Macaranga denticu-lata，毛叶合欢Albizia mollis等组成。

2.2 试验设计

2016年12月在赧亢管理站管辖范围高黎贡山自然公园内设置1块样地，样地中建立12个5m×5m的样方，每个样方之间设>5 m宽的缓冲带。用NH4 Cl进行氮沉降处理，共设4个水平，分别为对照（CK，0 g N/（m2·a》、低氮（5 g N/（m2·a》、中氮（15g N/（m2·a》和高氮（30 g N/（m2·a》，每个水平2个重复。将年施用量平均分成12等分，从2016年12月开始，每月下旬对各处理定量地施氮，具体方法是将各水平所需NH4 Cl溶解至1L水中，用喷雾器在该水平样方中来回均匀喷洒，对照只喷洒水。每个样方内随机布置2个PVC管（内径30 cm，高50 cm，插入土壤深度为10～20 cm），定期测定土壤呼吸速率。

2.3 土壤呼吸测定

采用动态气室法连接到便携式11- 840A C02/H20分析系统测定土壤呼吸。

3 结果与分析

土壤呼吸速率监测结果如表1所示。

3.1 不同時间土壤呼吸速率的变化

由图1可知，2016年12月的数据为土壤呼吸速率的背景数据，通过施氮处理以后，到2017年7月，土壤呼吸收到了一定的抑制，该结果在N30、N15、N5、NO这4个氮处理浓度上的变化规律均相似;随着时间的推移，3个月后（2017年10月），土壤呼吸速率有一定的回升，但变化幅度不大，总体还是受到抑制，而且在4个氮处理浓度上的变化规律均相似。

3.2 不同氮处理土壤呼吸率的变化

由图2可知，4种处理浓度（ N30、N15、N5、NO）2016年12月的背景值之间差异不大，通过施氮处理以后，2017年7月、10月土壤呼吸收到了一定的抑制，其中抑制程度最明显的是N30处理，土壤呼吸速率有最初的39. 24 g/（m2·d），减低到11. 82 g/（m2·d）、15.86 g/（m2·d），说明高氮处理对土壤呼吸的抑制作用较明显;N15、N5、NO这3个氮处理的呼吸速率较接近，特别是N15与NO两者变化不大，具体的原因有待后续进一步研究。

4 结论

通过2016年12月施氮处理以后，到2017年7月、10月，土壤呼吸受到了一定的抑制，该结果在N30、N15、N5、NO这4个氮处理浓度上的变化规律均相似;抑制程度最明显的是N30处理，说明高氮处理对土壤呼吸的抑制作用较明显;N15、N5、NO这3个氮处理的呼吸速率较接近，特别是N15与NO两者变化不大，具体的原因有待后续进一步研究。

參考文献：

[l]Post W M.Emanuel W R.Zinke P J，el al. Soil pool and world lifezones[J]. Nature，1982 （298）：156～ 159.

[2] Hoegberg P，Fan H，Quist M，et al. Tree growth an d soil acidification in response t0 30 years of experimental nitrogen loading onboreal forest[J]. Global Change Biology，2006，12 （3） ：489 ～499.

[3]Dise N，Rothwell J，Gauci V， et al. Predicting dissolved inorganicnitrogen leaching in European forests using two independent databases[J]. Science of the Total Environment ，2009 ，407（5）：1798～ 1808.

[4]Cleveland C C，Townsend A R.Nutrient additions to a tropical rainforest drive substantial soil carbon dioxide losses to the atmosphere[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences，2006，103（27） ：10316～10321.

[5]涂利华，胡庭兴，黄立华，等.华西雨屏区苦竹林土壤呼吸对模拟氮沉降的响应[J].植物生态学报，2009，33（4）：728～738.

[6]贾淑霞，王政权，梅莉，等，施肥对落叶松和水曲柳人工林土壤呼吸的影响[J].植物生态学报，2007，31（3） ：372～379.

[7]Olsson P， Linder S，Giesler R， et al. Fertilization of boreal forestreduces both autotrophic and hetemtrophic soil respiration[J].Global Change Biology ，2005，11（10） ：1745～1753.

[8]jia S，Wang Z，Li X，et al.N fertilization afects on soil respiration.microbial biomass an d root respiration in Larix gmelinii and Fraxinus mandshurica plantations in China[J]. Plant and Soil，2010， 333（1/2） ：325～336.

[9] Samuelson L， Mathew R，Stokes T，et al. Soil an d microbial respiration in a loblolly pine plantation in response to seven years of irrigation and fertilization[J]. Forest Ecology and Management，2009，258（11） ：2431～2438.

[10]Jiang J，Zong N，Song M，et al. Responses of ecosystem respiration an d its components to fertilization in an alpine meadow onthe Tibetan Plateau[J]. European Journal of Soil Biology，2013（56）：101～106.