降水变化氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和微生物量碳的解析Word下载.docx
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方熊1,2刘菊秀1张德强1刘世忠1褚国伟1赵亮1,2**
(1中国科学院华南植物园广州510650)(2中国科学院研究生院北京100049)
全球变化对土壤有机碳(SOC)存贮与分解的影响在全球碳(C)循环中具有重要地位.分别通过室内土壤培养法和氯仿熏蒸法,研究了降水变化和氮(N)添加处理对鼎湖山3种不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔混交林和1)降水量增加能够提高森林演替晚期SOC累马尾松针叶林SOC矿化和土壤微生物量碳(SMBC)的影响.结果表明:
积矿化量和矿化速率,而对森林演替早期SOC累积矿化量和矿化速率没有显著影响(P>
0.05).2)干旱条件(降水量减少)降低森林SMBC含量,且在鼎湖山季风林表层土壤(0~10cm)中SMBC的减少达到显著水平(P<
0.05).3)N添加处理对鼎湖山3种森林类型SOC累积矿化量、矿化速率以及SMBC都没有显著影响(P>
0.05).未来关于SOC矿化对全球C/N比例、外源性氮输入等因素的作用.图4表2参37变化响应的研究,要综合考虑土壤有机质质量、降水变化;
氮添加;
有机碳矿化;
土壤微生物量碳;
鼎湖山CLCS714.31
EffectsofPrecipitationChangeandNitrogenAdditiononOrganicCarbonMineralizationandSoilMicrobialCarbonoftheForestSoilsinDinghushan,SoutheasternChina*
FANGXiong1,2,LIUJuxiu1,ZHANGDeqiang1,LIUShizhong1,CHUGuowei1&
ZHAOLiang1,2**
(1SouthChinaBotanicalGarden,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510650,China(2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China
Soilorganiccarbon(SOCmineralizationandsoilmicrobialcarbon(SMBCplayanimportantroleinglobalCcycle.Withmethodofincubationandchloroformfumigationextraction,theeffectsofprecipitationchangeandnitrogen(NadditionontheSOCmineralizationandSMBCwerestudiedalongaforestsuccessionseriesincludingpineforest(PF,mixedpineandbroadleavedforest(MFandmonsoonevergreenbroadleavedforest(MEBFatDinghushan,SouthesternChina.Theresultsshowedthat:
(1IncreasedprecipitationcouldimprovethemineralizationofSOCinthelate-successionalforestplots,buttheeffectintheearly-successionalforestplotswerenotsignificant(P>
0.05.(2Lessprecipitation(droughtresultedinlowercontentofSMBCinthemonsoonforestsoil(0~10cm,whilethedoubledprecipitationtreatmenthadnosignificanteffectontheSMBCcontent.(3NdepositiondidnotaffectSMBCmineralizationandSMBCinallofthethreeforests.Itisimportanttotakethequalityoforganicmatter,C/Nratio,exogenousnitrogenandmanyothercombinedeffectsintoconsiderationinthefuturestudiesontheresponsesofSOCmineralizationandSMBCtoclimatechange.Fig4,Tab2,Ref37
precipitationchange;
nitrogenaddition;
soilorganiccarbonmineralization;
soilmicrobialcarbon;
DinghushanCLCS714.31
土壤是陆地生态系统最大的碳(C)库,全球约有
2011-07-13接受日期:
2011-10-28收稿日期:
*中国科学院知识创新工程重要方向项目(No.KSCX2-EW-Q-8)、国家自然科学基金项目(No.31070439)和国家科技支撑计划项目(No.2009BADC6B002)联合资助SupportedbytheInnovationKeyProgramoftheChineseAcademyofSciences(No.KSCX2-EW-Q-8,theNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.31070439,andtheKeyProjectoftheNationalScience&
TechnologyPillarProgramofChina(No.2009BADC6B002
**通讯作者Correspondingauthor(E-mail:
liangzhao@
1.5×
1015kgC以土壤有机质的形式存在,大约是大气层C贮量(7.5×
1014kg)的2倍,是陆地植被C贮量的3倍[1],其分解产生的CO2在全球CO2排放总量中占有相当比重[2].土壤有机碳SOC)的存贮和分解速率决定着土壤C(Soilorganiccarbon,
库贮量[3],由外界因素引起的SOC分解的微小变化,都可能导致SOC库绝对量的变化,从而引起与大气碳库之间交换量的巨大变化,对全球碳平衡和全球气候变化产生重大影响[4].
所以,确定全球变化对SOC存贮与分解的影响是目前陆地生态系统C循环研究的热点之一[5].
研究表明,在最近100年里,土地利用方式的变化和化石燃料的大量燃烧等所造成的大气CO2、
CH4等温室气体浓度的升高,已改变了原有大气C的动态平衡.由于受全球大气温室气体含量增高的影响,全球地面温度已经升高了0.74℃,并且预计到本世纪末仍将上升1.8~4.0℃[6~7],而全球降雨量也以每10年0.5%~1%的速度在增加,且伴随着更频繁的干旱事件和更大的降雨强度[7].同时,全球水分分配状况也因此发生巨大变化[8],IPCC第三次评估报告指出,北半球亚热带陆地地区(10~30°
N)每10年减少约0.3%,大部分中、高纬地区降水量每10年增加0.5%~1.0%[8].在全球CO2浓度上升的同时,
N沉降增加也呈现出全球化趋势[9].自1961年至2000年全球N沉降已从14Tga-1增加到68Tga-1,预计到2030年全球N沉降量将达到105Tga-1[10].事实上,在我国南亚热带地区,气温在近几十年里也明显升高,降水的年际间和季节间变率明显加大[11~12],并且该地区氮沉降量很高[13~14].研究表明广东省珠江三角洲下风口的鼎湖山自然保护区的降水氮沉降量1989年为36kghm-2a-1,10年后升至38kghm-2a-1,这些量与欧洲和北美一些高氮沉降区的量相当[15],为广东鹤山森林(8kghm-2a-1)和西双版纳热带林的降水氮沉降量(9kghm-2a-1)的4倍多[16].这些全球性与区域性气候变化将改变各地的温度场、蒸发量、降水量等环境因子,而这些变化正在经各种途径影响着SOC的存贮与分解过程[17~19].
然而在全球变化背景下,国内有关SOC矿化以及土壤微生物量碳对降水量改变、N沉降增加响应规律的研究很少,对降水和N沉降等环境因子正在发生变化的我国南亚热带地区[11~14]的森林土壤的研究则更少.因此,针对我国南亚热带森林SOC分解与存贮对降水量改变、N沉降增加响应的规律进行深入探究,有助于揭示土壤总有机碳对环境变化的响应规律,加深对碳循环过程的理解.
我们以鼎湖山的南亚热带3个典型地带性植被(季风常绿阔叶林,针阔叶混交林和松林)的森林土壤为研究对象,通过室内土壤培养法和氯仿熏蒸法,对不同降水处理和N添本区受西太平洋和南海海洋气流影响,属于南亚热带季风性湿润气候,年平均气温为20.9℃,年平均蒸发量1115mm,年平均相对湿度为81.5%,最热月(7月)平均气温为28.1℃,最冷月(1月)平均气温为12.0℃.该区降水充沛,年平均降水量为1956mm,降水多集中在4~9月,多台风雨,干、湿季明显,4~9月为湿季,降雨量约占全年的80%,10月至次年3月为旱季[20].土壤由不同颜色、硬度与质地的砂岩、沙页岩、页岩和石英砂岩发育而成,主要土壤类型为赤红壤和红壤.
实验所用土壤分别取自自然保护区内群落演替进程中不同阶段的3种森林.1)马尾松林(以下简称松林,Pineforest,PF):
主要分布于保护区边缘,林地海拔50~200m,为1960年前种植的单种马尾松林,以后在自然状况下发展,马尾松是现有的唯一乔木层,林下灌木丰富,主要为桃金娘、三叉苦等,偶见荷木等阔叶树种幼苗.该群落处于南亚热带森林群落演替的初级阶段.土壤为砖红壤性红壤,pH值为3.99~4.07,土层较薄,一般不超过30cm.2)针阔叶混交林(以下简称混交林,Mixedforest,MF):
是鼎湖山面积最大的保护类型,林地海拔100~250m,由人工种植的马尾松群落被先锋阔叶树种入侵后自然发展演变而成,是马尾松林向季风常绿阔叶林演替发展的一个过渡类型,针叶树为马尾松,阔叶树种主要有荷木、锥栗和红皮紫棱等,针阔树种比例约4:
6.土壤为砂质壤土,pH值为3.86,土层厚30~60cm,厚薄不均.3)季风常绿阔叶林(以下简称季风林,Monsoonevergreenboard-leavedforest,MBF):
林地海拔250~400m,有着近400年保护历史的南亚热带地带性植被类型,整个群落属于演替的最后阶段[21],群落垂直结构复杂,优势树种主要有荷木、锥栗、厚壳桂和黄皮厚壳桂等.土壤为砂页岩发育而来的水化赤红壤,pH值为4.06~4.34,土层厚60~90cm.
1.2.1野外试验设计降
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