降水變化、氮添加對鼎湖山主要森林土壤有機(jī)碳礦化和微生物量碳的

1、 ( 4 : 531538降水變化、氮添加對鼎湖山主要森林土壤有機(jī)碳礦化和土壤微生物碳的影響*方 熊1, 2 劉菊秀1 張德強(qiáng)1 劉世忠1 褚國偉1 趙 亮1, 2*（1中國科學(xué)院華南植物園 廣州 510650）（2中國科學(xué)院研究生院 北京 100049）全球變化對土壤有機(jī)碳（SOC ）存貯與分解的影響在全球碳（C ）循環(huán)中具有重要地位. 分別通過室內(nèi)土壤培養(yǎng)法和氯仿熏蒸法，研究了降水變化和氮（N ）添加處理對鼎湖山3種不同演替階段的季風(fēng)常綠闊葉林、針闊混交林和1）降水量增加能夠提高森林演替晚期SOC 累馬尾松針葉林SOC 礦化和土壤微生物量碳（SMBC ）的影響. 結(jié)果表明：積礦化量和礦化速

2、率，而對森林演替早期SOC 累積礦化量和礦化速率沒有顯著影響（P >0.05）. 2）干旱條件（降水量減少）降低森林SMBC 含量，且在鼎湖山季風(fēng)林表層土壤（010 cm）中SMBC 的減少達(dá)到顯著水平（P <0.05）. 3）N 添加處理對鼎湖山3種森林類型SOC 累積礦化量、礦化速率以及SMBC 都沒有顯著影響（P >0.05）. 未來關(guān)于SOC 礦化對全球C/N比例、外源性氮輸入等因素的作用. 圖4 表2 參37變化響應(yīng)的研究，要綜合考慮土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量、 降水變化；氮添加；有機(jī)碳礦化；土壤微生物量碳；鼎湖山CLC S714.31Effects of Precipitat

3、ion Change and Nitrogen Addition on Organic Carbon Mineralization and Soil Microbial Carbon of the Forest Soils in Dinghushan, Southeastern China*FANG Xiong1, 2, LIU Juxiu1, ZHANG Deqiang1, LIU Shizhong1, CHU Guowei1 & ZHAO Liang1, 2*(1South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, G

4、uangzhou 510650, China(2Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, ChinaSoil organic carbon (SOC mineralization and soil microbial carbon (SMBC play an important role in global C cycle. With method of incubation and chloroform fumigation extraction, the effects of precipitat

5、ion change and nitrogen (N addition on the SOC mineralization and SMBC were studied along a forest succession series including pine forest (PF, mixed pine and broadleaved forest (MF and monsoon evergreen broadleaved forest (MEBF at Dinghushan, Southestern China. The results showed that: (1 Increased

6、 precipitation could improve the mineralization of SOC in the late-successional forest plots, but the effect in the early-successional forest plots were not significant (P >0.05. (2 Less precipitation (drought resulted in lower content of SMBC in the monsoon forest soil (010 cm, while the doubled

7、 precipitation treatment had no significant effect on the SMBC content. (3 N deposition did not affect SMBC mineralization and SMBC in all of the three forests. It is important to take the quality of organic matter, C/N ratio, exogenous nitrogen and many other combined effects into consideration in

8、the future studies on the responses of SOC mineralization and SMBC to climate change. Fig 4, Tab 2, Ref 37precipitation change; nitrogen addition; soil organic carbon mineralization; soil microbial carbon; DinghushanCLC S714.31土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳（C ）庫，全球約有2011-07-13 接受日期：2011-10-28收稿日期：*中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目（

9、N o. K S C X 2-EW-Q-8）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 31070439）和國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（No. 2009BADC6B002）聯(lián)合資助 Supported by the Innovation Key Program of the Chinese Academy of Sciences (No. KSCX2-EW-Q-8, the National Natural Science Foundation of China (No. 31070439, and the Key Project of the National Science & Technology

10、 Pillar Program of China (No. 2009BADC6B002*通訊作者 Corresponding author (E-mail: liangzhao1.5×1015 kg C 以土壤有機(jī)質(zhì)的形式存在，大約是大氣層C 貯量（7.5×1014 kg）的2倍，是陸地植被C 貯量的3倍1，其分解產(chǎn)生的CO 2在全球CO 2排放總量中占有相當(dāng)比重2. 土壤有機(jī)碳SOC ）的存貯和分解速率決定著土壤C （Soil organic carbon，庫貯量3，由外界因素引起的SOC 分解的微小變化，都可能導(dǎo)致SOC 庫絕對量的變化，從而引起與大氣碳庫之間交換量的巨

11、大變化，對全球碳平衡和全球氣候變化產(chǎn)生重大影響4. 所以，確定全球變化對SOC 存貯與分解的影響是目前陸地生態(tài)系統(tǒng)C 循環(huán)研究的熱點(diǎn)之一5.研究表明，在最近100年里，土地利用方式的變化和化石燃料的大量燃燒等所造成的大氣CO 2、CH 4等溫室氣體濃度的升高，已改變了原有大氣C 的動態(tài)平衡. 由于受全球大氣溫室氣體含量增高的影響，全球地面溫度已經(jīng)升高了0.74 ，并且預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末仍將上升1.84.0 67，而全球降雨量也以每10年0.5%1%的速度在增加，且伴隨著更頻繁的干旱事件和更大的降雨強(qiáng)度7. 同時，全球水分分配狀況也因此發(fā)生巨大變化8 ，IPCC 第三次評估報告指出，北半球亞熱帶陸地

12、地區(qū)（1030°N）每10年減少約0.3%，大部分中、高緯地區(qū)降水量每10年增加0.5%1.0% 8. 在全球CO 2濃度上升的同時，N 沉降增加也呈現(xiàn)出全球化趨勢9. 自1961年至2000年全球N 沉降已從14 Tg a-1增加到68 Tg a-1，預(yù)計(jì)到2030年全球N 沉降量將達(dá)到105 Tg a-1 10. 事實(shí)上，在我國南亞熱帶地區(qū)，氣溫在近幾十年里也明顯升高，降水的年際間和季節(jié)間變率明顯加大1112，并且該地區(qū)氮沉降量很高1314. 研究表明廣東省珠江三角洲下風(fēng)口的鼎湖山自然保護(hù)區(qū)的降水氮沉降量1989年為36 kg hm-2 a-1，10年后升至38 kg hm-2

13、a-1，這些量與歐洲和北美一些高氮沉降區(qū)的量相當(dāng)15，為廣東鶴山森林（8 kg hm -2 a-1）和西雙版納熱帶林的降水氮沉降量（9 kg hm-2 a-1）的4倍多16. 這些全球性與區(qū)域性氣候變化將改變各地的溫度場、蒸發(fā)量、降水量等環(huán)境因子，而這些變化正在經(jīng)各種途徑影響著SOC 的存貯與分解過程1719.然而在全球變化背景下，國內(nèi)有關(guān)SOC 礦化以及土壤微生物量碳對降水量改變、N 沉降增加響應(yīng)規(guī)律的研究很少，對降水和N 沉降等環(huán)境因子正在發(fā)生變化的我國南亞熱帶地區(qū)1114的森林土壤的研究則更少. 因此，針對我國南亞熱帶森林SOC 分解與存貯對降水量改變、N 沉降增加響應(yīng)的規(guī)律進(jìn)行深入探究

14、，有助于揭示土壤總有機(jī)碳對環(huán)境變化的響應(yīng)規(guī)律，加深對碳循環(huán)過程的理解.我們以鼎湖山的南亞熱帶3個典型地帶性植被（季風(fēng)常綠闊葉林，針闊葉混交林和松林）的森林土壤為研究對象，通過室內(nèi)土壤培養(yǎng)法和氯仿熏蒸法，對不同降水處理和N 添本區(qū)受西太平洋和南海海洋氣流影響，屬于南亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫為20.9 , 年平均蒸發(fā)量1 115 mm，年平均相對濕度為81.5%，最熱月（7月）平均氣溫為28.1 ，最冷月（1月）平均氣溫為12.0 . 該區(qū)降水充沛，年平均降水量為1 956 mm，降水多集中在49月，多臺風(fēng)雨，干、濕季明顯，49月為濕季，降雨量約占全年的80%，10月至次年3月為旱季20.

15、 土壤由不同顏色、硬度與質(zhì)地的砂巖、沙頁巖、頁巖和石英砂巖發(fā)育而成，主要土壤類型為赤紅壤和紅壤.實(shí)驗(yàn)所用土壤分別取自自然保護(hù)區(qū)內(nèi)群落演替進(jìn)程中不同階段的3種森林. 1）馬尾松林（以下簡稱松林，Pine forest ，PF ）：主要分布于保護(hù)區(qū)邊緣，林地海拔50200 m，為1960年前種植的單種馬尾松林，以后在自然狀況下發(fā)展，馬尾松是現(xiàn)有的唯一喬木層，林下灌木豐富，主要為桃金娘、三叉苦等，偶見荷木等闊葉樹種幼苗. 該群落處于南亞熱帶森林群落演替的初級階段. 土壤為磚紅壤性紅壤，pH 值為3.994.07，土層較薄，一般不超過30 cm. 2）針闊葉混交林（以下簡稱混交林，Mixed fore

16、st，MF ）：是鼎湖山面積最大的保護(hù)類型，林地海拔100250 m，由人工種植的馬尾松群落被先鋒闊葉樹種入侵后自然發(fā)展演變而成，是馬尾松林向季風(fēng)常綠闊葉林演替發(fā)展的一個過渡類型，針葉樹為馬尾松，闊葉樹種主要有荷木、錐栗和紅皮紫棱等，針闊樹種比例約4 : 6. 土壤為砂質(zhì)壤土，pH 值為3.86，土層厚3060 cm，厚薄不均. 3）季風(fēng)常綠闊葉林（以下簡稱季風(fēng)林，Monsoon evergreen board-leaved forest，MBF ）：林地海拔250400 m，有著近400年保護(hù)歷史的南亞熱帶地帶性植被類型，整個群落屬于演替的最后階段21，群落垂直結(jié)構(gòu)復(fù)雜，優(yōu)勢樹種主要有荷木、

17、錐栗、厚殼桂和黃皮厚殼桂等. 土壤為砂頁巖發(fā)育而來的水化赤紅壤，pH 值為4.064.34，土層厚6090 cm.1.2.1 野外試驗(yàn)設(shè)計(jì) 降水改變實(shí)驗(yàn)：2006年12月在鼎湖山馬尾松林、混交林和季風(fēng)林3種類型森林中，分別設(shè)置坡度、破向、破位和地上植被類型基本一致的試驗(yàn)樣地，每個樣地設(shè)置3種處理無降水、加倍降水和自然降水（對照），每種處理3個重復(fù)，共計(jì)9個樣地. 其中無降水處理和加倍降水處理的設(shè)計(jì)如下：在3種林地分別設(shè)置3 m × 3 m樣地，四周用PVC 板材圍起，PVC 板材插入地下15 cm，可阻止地表徑流的流入. 在無降水處理樣方上離地1.01.5 m處，用凹槽瓦面狀透明PV

18、C 板材搭建等面積的擋雨面，從而阻止降水進(jìn)入樣方，形成無降水處理. 擋雨面收集的雨水（穿透雨）匯流至匯流槽，匯流槽兩端封口使水流不外流. 匯流收集的雨水經(jīng)若干PVC 管分流，將雨水平均分配到下坡位等面積（3 m × 3 m）樣地，加上自然降水，從而形成加倍降水處理.N 沉降實(shí)驗(yàn)：鼎湖山人工模擬氮沉降樣地于2002年10月開始建立，2003年7月開始噴氮，至今已有近8年的噴氮時間. 其中闊葉樣地12個樣方，混交林和馬尾松林各9個. 各樣方面積10 m × 20 m，樣方內(nèi)又分為8個5 m × 5 m的小樣方. 樣方之間留有足夠?qū)挼牡貛?，以防止相互之間干擾. 實(shí)驗(yàn)分4

19、個處理組，分別為對照C 、低氮處理L 、中氮處理M 和高氮處理H ，分50、100和150 kg hm-2 a-1進(jìn)行外加氮處理，別按0、每個處理組3個重復(fù). 混交林和馬尾松林則分別設(shè)置C 、L 、M 共3個處理，而闊葉林設(shè)置C 、L 、M 、H 共4個處理（多設(shè)置一個高氮處理是考慮闊葉林植物需求量可能較大）. 2003年7月中旬，按平常噴氮處理濃度的兩倍對3個森林的樣方開始進(jìn)行氮處理，此后則每個月初進(jìn)行氮處理. 方法是根據(jù)氮處理水平，將每個樣方所施的NH 4NO 3溶解在20升自來水中（全年所增加的水量相當(dāng)于新增降水0.12 mm）后，以背式噴霧器人工來回均勻噴霧，對于對照處理樣方則噴灑同樣

20、多的水，以盡量減少不同處理間的差異13, 22.1.2.2 土壤樣品采集 2008年7月下旬，在每個試驗(yàn)樣地內(nèi)隨510 cm、機(jī)選取3個點(diǎn)，用直徑2 cm的土鉆分別取05 cm、1020 cm、2030 cm和3050 cm這5個層次的土壤樣品，對應(yīng)層次土壤混合后裝入布袋帶回實(shí)驗(yàn)室處理. 取出樣品中肉眼可見的動植物殘體和石塊等，并過2 mm篩，放在4 冰箱中備用，用于室內(nèi)土壤培養(yǎng)分析.1.2.3 土壤的培養(yǎng)及測定 采用室內(nèi)恒溫培養(yǎng)、堿液吸收法23研究SOC 礦化動態(tài). 把3種林型不同降水和N 添加處理的05 cm、510 cm、1020 cm土層的新鮮土壤樣品150 g（換算為干土重量），用蒸

21、餾水調(diào)整其含水量為其田間飽和含水量的60%，平攤裝在1 000 mL的廣口瓶密封后放到溫度控制在收釋放出來的CO 2. 每個廣口瓶內(nèi)用蒸餾水10 mL保持土壤水分穩(wěn)定. 在培養(yǎng)過程中的第7時、第31時，第3天、第7天、第14天和第21天分別取出堿液，加一定量1 mol L-1的BaCl 2，以酚酞做指示劑，用0.25 mol L-1 HCl 滴定中和沒有耗盡的NaOH ，通過HCl 的消耗量來計(jì)算土壤釋放CO 2量，進(jìn)而算出有機(jī)碳的礦化量. 每個樣品做3個重復(fù)試驗(yàn). 根據(jù)SOC 礦化量和相應(yīng)的釋放時間可以計(jì)算出SOC 的礦化速率. 微生物生物量碳含 處理?xiàng)l件下SOC 累積礦化量顯著高于自然降水

22、和無降水處理（P <0.05）；加倍降水對季風(fēng)林土壤表層SOC 累積礦化量的影響雖然不顯著，但有明顯提高其表層SOC 累積礦化量的趨勢. 在3種林型的510 cm土層中，除季風(fēng)林土壤在培養(yǎng)的第3時外（P <0.05），SOC 累積礦化量在3種林型的各處理間無統(tǒng)圖1 不同降水強(qiáng)度對森林土壤C-CO 2累積礦化量的影響Fig. 1 Effects of precipitation change on the emissions of forest soil organic carbon mineralization (C-CO2MEBF ：MF ：PF ：季風(fēng)林；混交林；松林. 橫條表

23、示標(biāo)準(zhǔn)偏差. 下同MEBF: Monsoon evergreen broadleaved forest; MF: Mixed pine and broadleaved forest; PF: Pine forest. Bars indicate standard deviation. The same below Chin J Appl Environ Biol 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報 顯高于混交林和松林. 在季風(fēng)林深層（1020 cm）土壤中，加倍降水處理對SOC 累積礦化量顯著影響僅出現(xiàn)在培養(yǎng)的第31時和第3天（P <0.05），但相對于混交林和松林加倍降水明顯提高了季風(fēng)林深層SOC 累

24、積礦化量；混交林深層（1020 cm）土壤除了在培養(yǎng)的第14時和第21天外（P <0.05），加倍降水處理對SOC 累積礦化量的影響不明顯；而馬尾松林深層（1020 cm ）SOC 累積礦化量在各處理間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P >0.05）. 整體上看，加倍降水一定程度上能促進(jìn)森林SOC 的礦化，且對季風(fēng)林SOC 累積礦化促進(jìn)作用明顯，而對松林土壤影響不大.但是對松林土壤礦化速率促進(jìn)不明顯.2室內(nèi)培養(yǎng)期間，不同N 添加處理?xiàng)l件下不同土壤層的3種森林SOC 積累礦化量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢（圖3）. 方差分析結(jié)果顯示，不同N 添加處理對不同土壤層各林型的SOC 累積礦化量無顯著差異性影響（P &

25、gt;0.05）.2從整體上看，整個培養(yǎng)過程中3種森林類型的各土壤層有機(jī)碳礦化速率表現(xiàn)出隨時間變化逐漸由高到底的變化（圖4）. 但不同N 添加處理對3種森林類型的各土壤層SOC 礦化速率無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P >0.05）. 表明氮添加處理對鼎湖山森林土壤C-CO 2礦化速率的影響不大.2由圖2看出，不同土壤層的各林型SOC 礦化速率隨時間變化呈現(xiàn)由高到低的變化趨勢. 混交林表層（05 cm ）土壤，在加倍降水處理?xiàng)l件下能夠顯著提高SOC 礦化速率（P <0.05）；季風(fēng)林和馬尾松林表層（05 cm）SOC 礦化速率各處理間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P >0.05），但季風(fēng)林土壤表層，在加倍降

26、水處理?xiàng)l件下SOC 礦化速率有明顯增高. 季風(fēng)林510 cmSOC 礦化速率顯著高于自土層中，除在土壤培養(yǎng)的第3天外，然降水和無降水處理（P <0.05）；混交林和馬尾松林510 cm土壤對各降水處理無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P >0.05）. 培養(yǎng)期間，3種林型深層（1020 cm）土壤在不同降水處理?xiàng)l件下，除在季風(fēng)林土壤培養(yǎng)的第31時和混交林土壤培養(yǎng)的第14天和第21天有機(jī)碳礦化速率表現(xiàn)出顯著差異性（P <0.05）外，其余各處理間均無顯著差異性. 這表明，加倍降水促進(jìn)季風(fēng)林SOC 礦化速率提高的趨勢明顯，對混交林土壤也有一定的促進(jìn)作用，本試驗(yàn)中，土壤微生物量碳（Soil micro

27、bial carbon ，SM BC ）總含量隨著森林的正向演替而逐漸增加的（表1）. 季風(fēng)林和混交林土壤表層（010 cm ），在去除降水處理后SMBC 分別比自然降水處理減少了58%和60%，且在季風(fēng)林05 cm 和510 cm 土層土壤SMBC 減少達(dá)到顯著水平（P <0.05），而在松林以及季風(fēng)林和混交林的土壤深層（1050 cm）SMBC 在各去除降水處理間沒有明顯差異. 加倍降水處理都在一定水平上提高了各林型SMBC 的含量，但是對不同林型不同土層SMBC 并無顯著影響（P >0.05） . 可以看出，相對于加倍降水處理，去除降水處理對森林SMBC 含量2 不同降水強(qiáng)度

28、對森林土壤C-CO 2礦化速率的影響Fig. 2 Effects of precipitation change on the emissions rates of forest soil organic carbon mineralization應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報 Chin J Appl Environ Biol 3 不同N 添加處理對森林土壤C-CO 2累積礦化量的影響Fig. 3 Effects of nitrogen addition treatments on the emissions of forest soil organic carbon mineralization4 不同

29、N 添加處理對森林土壤的影響更大，且去除降水處理會比較明顯地降低季風(fēng)林土壤微生物量碳含量. 方差分析結(jié)果表明，不同土層的3種林型CMBC 在不同氮添加處理間無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異（P >0.05）. 通過表2也可以看出，季風(fēng)林SMBC 含量要比混交林和松林高，而混交林和 . Chin J Appl Environ Biol 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報18卷 536 降水變化、 氮添加對鼎湖山主要森林土壤有機(jī)碳礦化和. 4期 表1 不同降水強(qiáng)度對森林土壤微生物碳的影響 Table 1 Effects of precipitations on soil microbial carbon 森林類型 Fore

30、st MEBF 處理 Treatment CP DP NP CP DP NP CP DP NP 05 cm 204.09a 223.09a 84.79b 143.42 135.19 57.27 58.81 83.87 75.95 SD 13.64 20.94 25.59 53.72 25.68 0.16 11.22 12.64 24.36 510 cm 140.90a 150.23a 87.73b 77.55 43.57 32.84 33.48 48.34 35.89 SD 0.79 26.66 11.85 50.25 32.68 3.79 4.98 9.96 17.69 1020 cm 97

31、.34 98.92 76.73 12.52 7.45 9.53 27.97 13.97 27.26 SD 15.45 29.71 13.58 6.59 27.28 23.72 8.62 20.75 18.31 2030 cm 21.78b 62.60a 40.61ab -3.74 -12.66 20.30 9.04 14.29 8.84 SD 4.28 9.95 8.99 16.80 27.07 32.19 0.48 1.98 4.68 3050 cm 11.26 20.95 17.82 -36.78 -3.82 -13.10 SD 17.03 7.29 4.85 0.91 24.23 17.

32、30 MF PF mg/kg） . CP： DP： 表中數(shù)據(jù)是每千克干土中微生物量 （單位： 及標(biāo)準(zhǔn)差， 同列中不同的上標(biāo)小寫字母間差異顯著 （P<0.05） 下同. SD： 標(biāo)準(zhǔn)差； 自然降水； 加倍 NP： 降水； 去除降水 Data in the table represent soil microbial biomass (unit: mg/kg in per kilogram dry soil and standard deviation. Different superscript letters in the same column indicate significant

33、 differences (P < 0.05. The same below. SD: Standard deviation; CP: Control precipitation; DP: Double precipitation; NP: No precipitation 表2 不同氮添加處理對不同林型不同土層土壤微生物量碳的影響 Table 2 Effects of nitrogen addition treatments on soil microbial carbon 森林類型 Forest 處理 Treatment CN HN MN LN CN MN LN CN MN LN 0

34、5 cm 207.93 225.46 212.45 267.91 82.44 80.22 67.20 72.18 74.30 103.38 SD 43.21 56.53 49.06 113.44 31.04 7.38 31.54 12.36 23.76 36.85 510 cm 149.75 131.21 153.17 135.24 23.82 14.25 15.13 20.95 35.87 55.53 SD 35.29 10.91 14.16 41.74 19.36 19.40 17.47 15.03 44.78 16.65 1020cm 90.31 73.21 60.43 81.60 17

35、.76 2.21 15.86 12.49 -11.01 8.75 SD 22.17 17.80 30.73 35.24 22.61 20.36 28.51 16.97 35.62 12.73 2030 cm 43.69 53.59 32.57 48.43 1.71 -21.00 -3.68 11.09 0.43 10.64 SD 7.01 21.46 8.07 21.44 6.91 51.36 10.37 11.24 11.16 12.25 3050 cm 32.73 31.23 14.91 19.58 1.86 -11.80 -4.30 5.64 13.20 -16.61 SD 8.90 1

36、9.72 10.95 5.34 4.47 1.94 18.44 0.12 6.15 25.96 MEBF MF PF SD： CN： HN： MN： LN： 標(biāo)準(zhǔn)差； 空白對照處理； 高氮添加處理； 中氮添加處理； 低氮添加處理 SD: Standard deviation; CN: Control-N; HN: High-N; MN: Medium-N; LN: Low-N 條件， 溫度和水分的增加能夠 促進(jìn)有機(jī)碳的礦化 25. 本研究 中， 降水增加對森 林SOC礦化有一定促 進(jìn)作用， 可能主要是 降水量的增 加 促 成了有 利于 SOC礦化的土壤 溫 度、濕 度 環(huán) 境. 但是由于不同類

37、型森林對降水強(qiáng)度改變所引起的森林土 壤水分、 溫度改變的調(diào)控能力的不同會對SOC礦化過程產(chǎn)生 影響， 相對于季風(fēng)林和混交林， 松林處于森林演替初期， 結(jié) 構(gòu)簡單， 系統(tǒng)穩(wěn)定性 差，對林內(nèi)濕度、 度等因素的保持能 溫 力弱， 而季風(fēng) 林作為地帶性植被， 系統(tǒng)穩(wěn)定， 能夠長時間維 持降水后林內(nèi)土壤較高與穩(wěn)定的濕度、 溫度、 微生物等適宜 SOC礦化的環(huán)境 26， 從而使降水增加更能夠促進(jìn)季風(fēng)林SOC 的礦化. 其次，SOC礦化過程受活性有機(jī)碳組分初始含量的 影響 27 3.2 氮添加處理對SOC礦化過程的影響 有研究認(rèn)為氮添加增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量， 而更高的土 壤有機(jī)質(zhì)可以支持更高以及更為持續(xù)的土

38、壤微生物活性， 同 時能使微生物制造更多的酶， 從而加速有機(jī)質(zhì)的分 解 28. 也 有一些研究結(jié)果顯示氮添加抑制土壤有機(jī)質(zhì)的分 解 2930. 氮 添加對SOC分 解幾乎沒有影響的實(shí)驗(yàn) 結(jié)果也很多 3032. 本研 究中鼎湖山不同土層3種森 林類型SOC累積礦化量和礦化速 率都對不同的氮添加處理沒有顯著的響應(yīng)（P>0.05）. 其可能 的原因在于： 鼎湖山背景N沉降量比較高 1315， 長期的高N沉 降引起鼎湖山土壤pH值的降低以及可交 換性陽離子濃度增 加等可能使 土壤微 生物活性以及土壤微 生物群落結(jié) 構(gòu)與功 能發(fā)生耐氮適應(yīng)性的改變， 從而使氮添加對SOC礦化沒有明 顯影響. 另一方

39、面，本研究中添加到土壤中的低分 子氮化合 物（硝酸銨）易與土壤中的碳分 子結(jié)合形成高分 子量的含碳 化合物而難被微生物利用， 這樣外加氮被固定到穩(wěn)定的土壤 有機(jī)庫中 32, 37，從而使SOC礦化 對氮添加處 理 無明顯響應(yīng). 而王紅等人的研究也表明， 氮的添加對SOC礦化沒有顯著影 響， 隨著SOC含量的增加， 土壤氮含量對土壤碳礦化產(chǎn)生一 ， 與季風(fēng)林 相比， 馬尾松林土壤有機(jī)碳總量和活性有 機(jī)碳 含 量均 較低，從而使松林對降水改變處 理的響應(yīng)不明 顯. 降水增加對季風(fēng)林表層（05 cm）土壤有機(jī)碳礦化促進(jìn)作 用不顯著（P<0.05） 可能是由于不同土層淋溶作用不同、所 ， 采土樣

40、的異質(zhì)性等原因所導(dǎo)致. 以上表明降水增加能夠促進(jìn) 鼎湖山森林SOC礦化， 而且越往森林演替的晚期促進(jìn)趨勢越 明顯. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報 Chin J Appl Environ Biol 4期 方 熊等 18卷 537 定 影響 30 ，這與本研究結(jié)果 基 本相符 合. 另外，SOC的分 解 4 結(jié)論 1）降水量增加能夠提高森 林演替晚期SOC累積礦化量 和礦化速率， 而對森林演替早期SOC累積礦化量和礦化速率 都沒有顯著影響（P>0.05）. 2）去 除 降水處 理（干旱）會 降 低 森 林土壤中SMBC含 量， 且在鼎湖山季風(fēng)林表層土壤（010 cm）中SMBC的減少 達(dá)到顯著水平（P

41、<0.05）. 加倍降水對鼎湖山3種森林SMBC沒 有顯著影響. 3 氮添 加處 理 對森 林 SOC累積礦化 量、 礦化 速率以及 SMBC均無有顯著影響（P>0.05）. 未來關(guān)于土壤有機(jī)碳礦化 C/ 對全球變化響應(yīng)的研究， 還要綜合考慮土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量、 N比例、外源性氮輸入等因素的作用. References 1 Post WM, Kwon KC. Soil carbon sequestration and land-use change: Processes and potential. Global Change Biol, 2000, 6 (3: 317328 2 Sc

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47、oil organic carbon fractions and their distribution under subtropical forests of South China. Chin J Appl Ecol (應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 需要一 個 長期過 程 才會發(fā) 生較大的變化，本研 究的室內(nèi)培 養(yǎng)實(shí)驗(yàn)周期較短， 氮添加對SOC礦化過程的影響可能還難以 顯現(xiàn). 3.3 降 水 強(qiáng) 度 變 化 和 氮 沉 降 對 土 壤 微 生 物 量 碳 （SMBC） 的影響 已有研 究認(rèn)為，降水 通 過 影響土壤 水分 含 量 直接 調(diào)控 土壤的氣體交換、 微生物養(yǎng)分供應(yīng)與溫度 25 ， 而土壤濕度、

48、 SOC輸入等因素極易影響SMBC的含量 33. 本研究中， 溫度、 去除降水（干旱）能夠 減 少森 林SMBC含量，且 對季風(fēng) 林森 林SMBC減少作用明顯； 降水增加對SMBC影響不明顯. 可能 是因?yàn)椋?根據(jù)鼎湖山長期的臺站觀測數(shù)據(jù)及研究顯示， 鼎湖 山森林土壤濕度較大（季風(fēng)林 >混交林 >松林） 降水量增加 ， 雖會使土壤濕度升高， 但是土壤濕度增加范圍沒有達(dá)到影響 微生物活動的臨界值， 從而使降水增加對SMBC無明顯影響. 降水減少（干旱）引起的土壤濕度下降可能通過 對土壤氣體 交換、 微生物養(yǎng)分供應(yīng)與溫度的影響而影響微生物種群格局 和活性， 從而導(dǎo)致SMBC的減少. 這

49、與李世清等對黃土高原紅 油土實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)的土壤水分只有在干旱的條件下才會成 為微 生物活動的障礙因子的結(jié)論基 本一致 34. 其次，SMBC 含量一般受到SOC初始含量和土壤可溶性有機(jī)碳（DOC）的 影響， 季風(fēng)林SOC總量和DOC含量都相對較高， 可能使季風(fēng) 林土壤微生物量碳對降水減少響應(yīng)更明顯. 以往 的 研 究 多 表 明 氮 沉 降 的 持 續(xù) 增 加 明 顯 地 抑 制了 SMBC的積累， 主要原因都?xì)w結(jié)于土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功 能的改變 13, 35, 36 . Boxman等在NITREX項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)樣地中發(fā) 35 現(xiàn)， 輸入的氮幾乎對真菌和細(xì)菌生物量沒有任何影響 .而 本研究也

50、發(fā)現(xiàn)氮沉降增加對SMBC沒有顯著影響（P>0.05）. 原因可能在于： 地處廣東省珠江三角洲下風(fēng)向的鼎湖山自然 保護(hù)區(qū)的氮沉降 量已經(jīng)與歐 洲和北美一些高氮沉降區(qū)的量 相當(dāng) 15 . 在長期的高 N沉降背景下，盡管土壤 有機(jī)物含量增 加， 但不易被土壤微生物分 解利用成分增多 32, 37， 從而影響 SMBC的形成. 同時， 高N沉降導(dǎo)致鼎湖山土壤pH值的降低、 可交 換性陽離子濃 度 增 加等， 可能使 土壤 微 生物的 活性以 及 土壤微 生物 群落結(jié) 構(gòu)發(fā) 生耐氮 適 應(yīng)性的改變，從而造成 SMBC對不同氮添加沒有顯著響應(yīng). 另外， 本研究中氮添加對 SMBC影響與其他研究結(jié)果的

51、不同， 也可能在于室內(nèi)溫 度、 濕度等因素比較單一， 微生物失去了對野外復(fù)雜環(huán)境因子交 互作用的復(fù)雜響應(yīng). 氮添加可能抑制了SMBC的積累， 但其他 環(huán)境因素也可能促進(jìn)土壤微生物量碳的積累. 各種因素綜合 作用可能使SMBC增加量或減少量相互抵消. Chin J Appl Environ Biol 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報 18卷 538 降水變化、 氮添加對鼎湖山主要森林土壤有機(jī)碳礦化和. 4期 2010, 21 (5: 1210 1216 12 Huang YH (黃鈺輝. Effects of soil temperature and moisture changes on soil surf

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