南亚热带红椎人工林土壤氮循环对模拟减雨的响应

论文摘要

全球降水格局发生了时空改变,季节性干旱不断加剧是全球气候变化的重要特征之一。土壤氮循环是森林生态系统养分循环的重要组成部分,直接影响碳循环、食物供应和水土保持等生态服务。降水格局变化可能通过改变土壤氮输入、氮转化和氮输出,从而影响森林生态系统土壤氮循环,间接对陆地生态系统生产力和生物多样性产生影响。因此,本研究以南亚热带——红椎（Castanopsis hystrix）人工林为研究对象,铺设穿透雨减少50%和不减雨（对照）样地,开展连续5年的野外降水控制试验。分别采用凋落物筐和分解袋法、PVC顶盖埋管法和静态箱法,开展减雨条件下凋落物量和分解速率动态变化、土壤氮矿化过程及其作用机制、以及土壤N20与C02排放通量关系研究,揭示南亚热带红椎人工林生态系统土壤氮循环对模拟减雨的响应,为科学制定该地区适应全球气候变化的森林经营管理提供理论依据。主要研究结果如下:（1）与对照相比,减雨处理导致2015年枝凋落量和2017年凋落物总量分别显著增加了30%和36%（P<0.05）,表明减雨处理显著影响红椎人工林凋落物量,但是存在凋落物组分和年度差异。随着分解时间的增加,凋落叶碳浓度表现出“先下降而后趋于平稳”的变化趋势,凋落叶氮浓度则呈现出“快速上升-平稳-再上升”的变化趋势,可见凋落叶碳、氮养分释放模式存在差异。凋落叶分解两年后,减雨处理对凋落叶分解系数、残留率、碳浓度以及碳/氮比值的影响均不显著（P>0.05）,尽管减雨处理的凋落叶分解系数绝对值比对照低25%,凋落叶质量损失50%和95%所需要的时间分别比对照高32%和33%。（2）减雨处理对红椎人工林的铵态氮、总氮、可溶性有机氮含量、净氨化速率和土壤净氮矿化速率影响均不显著,但湿季,减雨处理导致0-10 cm土壤净硝化速率比对照显著提高了 136%;干季,减雨处理导致10-20 cm土壤净硝化速率比对照显著降低了 125%。通过干季和湿季对土壤水分的影响,进而影响土壤微生物群落结构,特别是丛枝菌根真菌,以及土壤净氮硝化速率,使红椎人工林生态系统土壤氮循环发生了改变。另外,减雨处理下红椎人工林土壤微生物量和微生物群落结构发生解耦合,土壤硝态氮、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量是影响红椎人工林湿季0-10 cm土壤微生物群落结构的因子。（3）减雨处理显著提高了湿季土壤CO2排放通量,比对照提高了 39%,然而未改变红椎人工林土壤N20排放通量,土壤CO2通量与N2O通量存在明显的正相关关系。Pearson相关分析结果表明,土壤CO2排放通量与5 cm土壤温、湿度呈二元线性正相关,土壤N20排放通量与5 cm土壤温、湿度的一元和二元线性关系均不显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
•   1.1 全球和我国的降水格局变化
•     1.1.1 全球的降水格局变化
•     1.1.2 我国的降水格局变化
•   1.2 土壤氮循环
•     1.2.1 土壤氮循环的过程
•     1.2.2 土壤氮循环的研究方法
•     1.2.3 土壤氮循环的影响因素
•   1.3 降水对土壤氮循环的影响
•     1.3.1 降水对凋落物量和分解速率的影响
•     1.3.2 降水对土壤氮矿化的影响
• 2O通量的影响及其与CO₂通量的关系'>    1.3.3 降水对土壤N₂O通量的影响及其与CO₂通量的关系
•   1.4 研究内容和目的意义
•     1.4.1 研究的目的和意义
•     1.4.2 研究内容和拟解决的关键科学问题
•     1.4.3 研究的主要技术路线
• 2 研究区域概况与试验方法
•   2.1 研究区域的自然环境概况
•     2.1.1 气候
•     2.1.2 植被与土壤
•   2.2 试验林分概况
•     2.2.1 试验样地的群落结构特征
•     2.2.2 试验样地的土壤理化性质
•   2.3 试验设计
•     2.3.1 样地设置
•     2.3.2 减雨设计
•   2.4 研究方法
•     2.4.1 气温、降雨量、穿透雨和树干径流
•     2.4.2 土壤温度和湿度测定
•     2.4.3 林分调查
•     2.4.4 林分凋落物测定
•     2.4.5 凋落物分解试验
•     2.4.6 土壤样品采集
•     2.4.7 土壤理化性质分析
•     2.4.8 土壤酶活性测定
•     2.4.9 土壤微生物生物量和磷脂脂肪酸含量测定
•     2.4.10 土壤净氮矿化速率测定
• 2O和CO₂通量测定'>    2.4.11 土壤N₂O和CO₂通量测定
•     2.4.12 数据统计分析
• 3 减雨处理下红椎人工林凋落物输入和分解过程动态变化
•   3.1 引言
•   3.2 研究方法
•     3.2.1 气温、降雨量和土壤温湿度
•     3.2.2 林分凋落物测定
•     3.2.3 凋落物分解试验
•     3.2.4 数据统计分析
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 研究期间的气温和降雨量
•     3.3.2 减雨处理对土壤温度和湿度的影响
•     3.3.3 减雨处理对凋落物量及其组分动态变化的影响
•     3.3.4 减雨处理对凋落物残留率和基质质量的影响
•     3.3.5 减雨处理对凋落物分解速率的影响
•   3.4 讨论
•     3.4.1 减雨处理对土壤温度和湿度的影响
•     3.4.2 减雨处理对凋落物量动态变化的影响
•     3.4.3 减雨处理对凋落叶分解速率的影响
•     3.4.4 减雨处理对凋落叶养分释放的影响
•   3.5 小结
• 4 减雨条件下南亚热带红椎人工林土壤氮矿化过程及其作用机制
•   4.1 引言
•   4.2 研究方法
•     4.2.1 土壤理化性质和微生物分析
•     4.2.2 土壤净氮矿化速率测定
•     4.2.3 数据统计分析
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 减雨处理对土壤理化性质的影响
•     4.3.2 减雨处理对土壤微生物量和微生物群落PLFAs的影响
•     4.3.3 减雨处理对土壤微生物群落结构的影响
•     4.3.4 减雨处理对土壤净氮矿化速率的影响
•     4.3.5 土壤净氮矿化速率与土壤理化性质、微生物量和群落结构的关系
•   4.4 讨论
•     4.4.1 土壤净氮矿化速率与土壤理化性质的关系
•     4.4.2 土壤净氮矿化速率与土壤微生物的关系
•     4.4.3 土壤微生物量和微生物群落结构的关系
•   4.5 小结
• 2O通量与CO₂通量关系'>5 减雨条件下南亚热带红椎人工林土壤N₂O通量与CO₂通量关系
•   5.1 引言
•   5.2 研究方法
• 2和N₂O通量测定'>    5.2.1 土壤CO₂和N₂O通量测定
•     5.2.2 数据统计分析
•   5.3 结果与分析
• 2和N₂O通量的影响'>    5.3.1 减雨处理对土壤CO₂和N₂O通量的影响
• 2通量和N₂O通量之间的关联性'>    5.3.2 土壤CO₂通量和N₂O通量之间的关联性
• 2和N₂O通量与5cm土壤温度和湿度的关系'>    5.3.3 土壤CO₂和N₂O通量与5cm土壤温度和湿度的关系
•   5.4 讨论
• 2O通量的影响'>    5.4.1 减雨处理对土壤N₂O通量的影响
• 2通量的影响'>    5.4.2 减雨处理对土壤CO₂通量的影响
• 2通量和N₂O通量之间的相关性'>    5.4.3 土壤CO₂通量和N₂O通量之间的相关性
•   5.5 小结
• 6 主要结论、创新点及展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 创新点和展望
•     6.2.1 创新点
•     6.2.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间参与科研项目和发表论文情况

文章来源

类型: 博士论文

作者: 陈琳

导师: 刘世荣,温远光

关键词: 凋落叶分解速率,凋落物量,通量,土壤通量,土壤微生物,土壤氮矿化

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 广西大学

基金: 国家自然科学基金重大项目“植物对森林生态系统碳-氮-水耦合循环的作用机制”(31290223),国家国际科技合作专项项目“亚热带人工林增汇及多目标经营系统规划技术”(2015DFA31440),国家“十二五”科技支撑计划项目子课题“西南和热带森林可持续经营技术研究与示范”(2012BAD22B01),中国林科院基本科研业务费专项资金项目“凋落物分解,氮矿化和树木生长对减雨的响应”(CAFYBB2017QA026)

分类号: S714

总页数: 101

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