人类活动引起陆地生态系统氮输入水平持续升高,对全球碳循环产生影响。为探究氮素对土壤呼吸的影响,2010年6月至2012年1月,采用氮添加试验对亚热带湿地松林的土壤呼吸进行了研究。试验共设置4种氮添加水平:对照CK,0 g m^(-2)a^(-1);低氮LN,5g m^(-2)a^(-1);中氮MN,15 g m^(-2)a^(-1);高氮HN,30 g m^(-2)a^(-1);每月上、下旬采用Li-cor 8100测定土壤呼吸速率。结果表明:(1)氮添加对土壤呼吸有着显著的抑制作用,LN、MN和HN处理的土壤呼吸年累积量较CK处理分别降低了26.6%、23.7%和29.5%,而施氮处理间的土壤呼吸无显著差异;(2)林分生长期间(6-9月),施氮第1年的土壤呼吸所受抑制作用显著高于第2年同期的水平,显示施氮对土壤呼吸的影响随时间的推移而降低;(3)湿地松林土壤呼吸存在明显的季节动态,最大值出现在8月(356.32 mgCO_2 m^(-2)h^(-1)),最小值出现在1月(99.12 mg CO_2 m^(-2)h^(-1)),施氮处理并不改变土壤呼吸的季节性变化规律;(4)CK处理林分中,土壤呼吸与土壤温度间存在极显著的指数关系,而与土壤湿度无显著相关。施氮处理没有改变土壤呼吸与土壤温度之间的相互关系,但抑制了土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10));(5)施氮处理显著减少了林分凋落物量、土壤微生物碳、氮量,并轻微抑制了细根生物量,这些改变导致了土壤呼吸的下降。上述结果表明施氮会显著抑制亚热带湿地松林的土壤呼吸速率,而这种抑制作用将随着时间的推移而降低。
氮沉降的持续增加对陆地生态系统的健康发展构成严重威胁,森林是陆地生态系统中重要的组成部分,大量的氮沉降对其结构和功能造成严重影响。凋落物是森林生态系统养分循环的重要组成部分,它对土壤肥力、森林生态系统养分循环等方面具有重要作用。为了探讨亚热带常绿阔叶森林凋落物对氮沉降增加的响应,在湖南省森林植物园以樟树人工林为研究对象进行模拟氮沉降的实验,实验设置4种氮添加水平CK(0g N m^(-2)a^(-1),对照)、LN(5g N m^(-2)a^(-1)),MN(15g N m^(-2)a^(-1)),HN(30g N m^(-2)a^(-1)),研究氮沉降对樟树林年凋落物量、凋落物养分含量以及归还量的影响。结果表明:不同施氮水平下(CK、LN、MN、HN),樟树林凋落物的年凋落量分别为(4.53±0.32)t hm^(-2)a^(-1)、(3.95±0.28)t hm^(-2)a^(-1)、(3.56±0.41)t hm^(-2)a^(-1)、(4.46±0.48)t hm^(-2)a^(-1),施氮抑制了樟树林的凋落量,且低、中氮处理下差异显著(P<0.05);施氮处理后凋落物的养分含量大小顺序为:C>N>Ca>K>Mg,凋落物的碳含量没有显著变化,但氮含量都有所增加,因此,施氮降低了樟树凋落物各组分的C/N比;凋落物中元素的年归还量大小顺序表现为:C>N>Ca>K>Mg,施氮处理对凋落物C、K、Ca、Mg归还量有抑制作用,但对凋落物N归还量表现为促进作用。
目前开展的施氮对土壤呼吸影响研究大多基于实验观测结果,受实验地自然条件的限制,不能研究在一定条件范围内土壤呼吸对施氮响应的连续变化。通过喷洒NH_4NO_3水溶液,设置对照(C,no N added),低氮(L,5 gNm^(-2)a^(-1)),中氮(M,15gNm^(-2)a^(-1)),高氮(H,30 gNm^(-2)a^1)4种处理水平,使用GA-BP人工神经网络建立樟树林土壤呼吸对施氮响应的模型,并将模拟结果使用响应曲面法展示,研究土壤呼吸对施氮响应的变化。研究结果表明,施氮对樟树林土壤呼吸既有抑制作用又有促进作用,其程度是由土壤温湿度条件决定的,总体上使得施氮对土壤呼吸在低土壤湿度的条件下主要表现为促进作用,在高土壤湿度条件下主要表现为抑制作用,在一部分土壤温湿度组合下表现为无明显作用。GA-BP人工神经网络模型以其特性,可以模拟土壤呼吸对施氮响应的连续变化,并在一定程度上解释了施氮量、土壤呼吸、土壤温度和土壤湿度之间复杂的数学关系。
人类活动引起全球范围内大气氮沉降量的升高,增加了陆地生态系统氮输入,从而影响土壤CO2排放。为揭示生态系统氮输入升高对土壤呼吸的影响,2010年6月至2012年1月,对亚热带樟树林(Cinnamomum camphora)进行模拟氮添加试验,每月上、下旬采用红外分析法测定4种氮输入水平(CK,0 g m-2a-1;低氮LN,5 g m-2 a-1;中氮MN,15 g m-2 a-1;高氮HN,30 g m-2a-1)下的土壤呼吸速率。结果表明:(1)樟树林土壤呼吸存在明显的季节动态,最高值出现在6月,最小值出现在1月。氮添加处理显著抑制了樟树林的土壤呼吸,LN、MN、HN处理土壤呼吸年累积量分别较对照CK下降37.66%、30.62%、38.95%,各施氮处理间无显著差异,施氮对土壤呼吸的抑制作用随时间推移而减弱;(2)氮添加不影响土壤呼吸昼夜波动特征,但显著抑制土壤呼吸速率;(3)土壤呼吸与土壤温度间存在极显著的指数关系,与土壤湿度相关性不显著,CK、LN处理Q10相近,MN处理最小:(4)氮添加处理促进了土壤中氮的淋失,且随施氮水平的升高而增大。
