近年來,隨著人類活動的日益增加以及經(jīng)濟的快速發(fā)展,全球性的氣候和環(huán)境變化愈演愈烈,譬如大氣氮沉降和酸沉降等。它們已經(jīng)成為嚴(yán)重的環(huán)境問題,影響著森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成,尤其是森林凋落物的分解系統(tǒng)。截至目前,許多研究調(diào)查了單一類型的氮或者酸雨對森林凋落物分解的影響。然而,在自然界中,大氣氮沉降和酸沉降是由多種類型的化合物混合而成的。大氣氮沉降不僅包括無機氮(比如NH4+、NO3-等)沉降,同時也包括有機氮(比如脲、氨基酸等)沉降。酸雨不僅包括硫酸型酸雨(SAR),同時也包括硝酸型酸雨(NAR)。因此,單一類型的氮或酸雨增施已不能準(zhǔn)確地反映氮和酸沉降對凋落物分解的影響,研究和辨別不同類型的氮和酸沉降對森林凋落物分解的影響勢在必行。本研究選擇中國南京的紫金山地區(qū)作為實驗樣地。首先,通過室內(nèi)模擬實驗評估豆科植物和非豆科植物凋落物分解對不同類型氮增施的響應(yīng)并比較其差異性。在本研究中,選擇豆科植物刺槐(Robinia pseudoacacia)和非豆科植物楓香(Liquidambar formosana)的葉凋落物作為實驗材料,分別將兩種葉凋落物與其原生土混合培養(yǎng)六個月,期間用五種不同類型的氮(NH4+、NO3-、脲、甘氨酸以及前四者的混合氮)進行增施處理。然后,通過野外控制實驗探究針葉林和闊葉林中土壤微生物量及微生物活性對不同類型有機氮沉降的響應(yīng)。在本研究中,以紫金山上兩種優(yōu)勢樹種針葉林的馬尾松(Pinus massoniana)和闊葉林的栓皮櫟(Quercus variabilis)作為研究對象,每月分別用五種不同類型的有機氮(脲、甘氨酸、絲氨酸、壬胺以及前四者的混合氮)噴施針葉林和闊葉林的森林土壤,共噴施一年。最后,為了探究硫酸型、硝酸型以及混合型酸雨對中國亞熱帶森林凋落物分解、土壤微生物量和酶活的影響,將針葉林馬尾松和闊葉林栓皮櫟的葉凋落物分別與其原生土混合,室內(nèi)培養(yǎng)六個月,期間用五種不同比例的SO42-/NO3-(1:0、5:1、1:1、1:5和0:1)酸雨溶液進行噴施。在上述三個實驗的培養(yǎng)期間,跟蹤測定凋落物的失重速率、土壤微生物量、土壤pH以及相關(guān)分解酶的活性等。主要研究結(jié)果如下:(1)所有類型的氮均加速了豆科植物和非豆科植物的凋落物分解速率,且在混合氮處理下的凋落物分解速率顯著高于在單一類型氮處理下的分解速率�；旌系蚇O3--N處理顯著增加了豆科植物凋落物的分解速率,而混合氮、甘氨酸和脲處理顯著增加了非豆科植物凋落物的分解速率。在這兩種林型中,混合氮處理下的土壤酶活高于單一類型氮處理下的土壤酶活,氮增施對土壤pH和土壤微生物量未產(chǎn)生顯著的影響。本研究結(jié)果表明氮增施在沒有影響土壤微生物量的情況下,可能通過改變微生物分解酶的分泌從而影響了凋落物的分解進程。本研究結(jié)果也進一步揭示了在凋落物分解過程中,與單一類型的氮相比,混合氮是主要的控制因素,由混合氮引起的凋落物分解的增速效應(yīng)可能會誘發(fā)地下碳以二氧化碳的形式釋放到大氣中,進而可能打破生態(tài)系統(tǒng)碳吸收與碳釋放之間的平衡。(2)在針葉林和闊葉林中,脲和氨基酸處理顯著增加了土壤微生物量和土壤酶的活性,相反,壬胺和混合氮處理顯著抑制了土壤微生物量和土壤酶的活性。脲和氨基酸處理對闊葉林土壤酶活的促進作用更顯著,而壬胺處理對針葉林土壤酶活的抑制作用更顯著。有機氮處理抑制了土壤微生物分泌與氮循環(huán)相關(guān)的土壤酶,相反卻促進了土壤微生物分泌與碳循環(huán)相關(guān)的土壤酶。本研究結(jié)果表明有機氮的類型顯著影響了土壤微生物量、土壤酶活以及二者之間的關(guān)系,進而可能會對土壤碳、氮循環(huán)以及土壤二氧化碳的釋放造成影響。此外,本研究結(jié)果也表明土壤微生物對不同類型的有機氮沉降表現(xiàn)出強烈的反饋。(3)所有類型的酸雨均抑制了針葉林和闊葉林凋落物的分解速率、土壤微生物量和大部分土壤酶的活性,且硝酸型酸雨的抑制作用顯著高于硫酸型和混合型酸雨。闊葉林中土壤微生物群落對酸的緩沖作用強于針葉林的。硝酸型酸雨和混合型酸雨通過減弱凋落物失重率與相關(guān)分解酶的相關(guān)性從而減緩了土壤碳、氮和磷的礦化。本研究結(jié)果揭示了酸雨中SO42-與NO3-的比值顯著地影響了凋落物的分解過程。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,酸雨中SO42-與NO3-的比值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。這樣,從長期來看,酸沉降將導(dǎo)致土壤碳庫的積累,從而改變生態(tài)系統(tǒng)碳流、營養(yǎng)循環(huán)以及腐殖質(zhì)形成間的平衡,進而對森林生態(tài)系統(tǒng)造成多重影響。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：S714

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本文編號：2825619