生態(tài)學(xué),碳氮循環(huán)

1、太岳山油松林土壤碳氮?jiǎng)討B(tài)及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)太岳山油松林土壤碳氮?jiǎng)討B(tài)及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng) 汪汪 金金 松松北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院Tmean-1.501.51955196019651970197519801985199019952000Anomaly(oc)1.185.31Tmax-1.501.51955196019651970197519801985199019952000Anomaly(oc)-0.155.643.37 Tg N a-1Gome SatelliteSciamachy Satellite5.5 0.5Land UseAtmospheric Pool Atmosph

2、eric Pool 750 750 (stores 3.2 0.2 yr1)Ocean Ocean 40,00040,000Units: Stocks - Units: Stocks - Gt-C Gt-C Fluxes - Fluxes - Gt-CGt-C yr yr11NPP60601.6 1.0Rh9290LandLandplants plants 700700Soils Soils 15501550The Global Carbon CycleThe Global Carbon CycleNet =2.0 0.8(adapted from Schimel et al., 1995)T

3、he Worlds Carbon ReservoirsReservoirSize (Gt C)Atmosphere750Forests610Soils1580Surface ocean1020Deep ocean38,100Fossil fuels Coal4,000 Oil500 Natural gas500Total fossil fuel5,000影響土壤碳庫變化的主要途徑影響土壤碳庫變化的主要途徑土壤中氮素轉(zhuǎn)換過程土壤中氮素轉(zhuǎn)換過程 揭示土壤碳氮?jiǎng)討B(tài)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)特征和機(jī)制，揭示土壤碳氮?jiǎng)討B(tài)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)特征和機(jī)制，尋求太岳山油松林尋求太岳山油松林“N飽和點(diǎn)飽和點(diǎn)”臨界點(diǎn)；臨界

4、點(diǎn)； 為推動(dòng)氮沉降對(duì)碳循環(huán)影響和碳氮相互作用機(jī)理模為推動(dòng)氮沉降對(duì)碳循環(huán)影響和碳氮相互作用機(jī)理模型的建立等提供依據(jù)；型的建立等提供依據(jù)； 為提高油松人工林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營和管理水平提供理為提高油松人工林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營和管理水平提供理論基礎(chǔ)。論基礎(chǔ)。 研究目的及意義研究方法及初步結(jié)果 實(shí)驗(yàn)樣地的布置；實(shí)驗(yàn)樣地的布置； 模擬氮沉降試驗(yàn)；模擬氮沉降試驗(yàn)； 油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物分解及養(yǎng)分

5、釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。高氮高氮中氮中氮低氮低氮對(duì)照對(duì)照HN (150kg N hm-2 yr-1)MN (100kg N hm-2 yr-1)LN (50kg N hm-2 yr-1

6、)CK (0kg N hm-2 yr-1)N 364142.7E 1120445.7N 364052.2E 1120551.5表表1：油松人工林不同氮處理樣地的主要林分和立地特征本底值：油松人工林不同氮處理樣地的主要林分和立地特征本底值Tab1: Background values of the stand and site characteristics in different nitrogen treatments plots of artificial Pinus tabulaeformis forest處理處理水平水平林分特征林分特征立地特征立地特征林齡林齡(a)(a)密度密度(株株

7、hm-2)平均平均胸徑胸徑(cm)平均平均樹高樹高(m)平均平均坡度坡度()海拔海拔(m)(m)土壤容重土壤容重(gcm-3)土壤土壤PHCKCK75751258125817.817.813.113.11919158915891.28 1.28 7.37 7.37 LNLN75751225122521.221.213.813.81515158915891.23 1.23 7.47 7.47 MNMN75751292129220.220.211.611.61919158915891.25 1.25 7.68 7.68 HNHN75751258125820.520.512.412.41818158

8、915891.26 1.26 7.74 7.74 表表2：油松天然林不同氮處理樣地的主要林分和立地特征本底值：油松天然林不同氮處理樣地的主要林分和立地特征本底值Tab1: Background values of the stand and site characteristics in differentnitrogen treatments plots of natural Pinus tabulaeformis forest處理處理水平水平林分林分特征特征立地特征立地特征林齡林齡(a)(a)密度密度(株株hm-2)平均平均胸徑胸徑(cm)平均平均樹高樹高(m)平均平均坡度坡度()海拔海拔

9、(m)(m)土壤容重土壤容重(gcm-3)土壤土壤PHCKCK90901267 1267 13.90 13.90 7.7 7.7 2424168016801.24 1.24 7.12 7.12 LNLN90901567 1567 10.64 10.64 7.8 7.8 2121168016801.27 1.27 7.13 7.13 MNMN90901208 1208 13.49 13.49 7.4 7.4 2525168016801.27 1.27 7.19 7.19 HNHN90901225 1225 13.38 13.38 9.0 9.0 2323168016801.26 1.26 7.2

10、8 7.28 實(shí)驗(yàn)樣地的布置；實(shí)驗(yàn)樣地的布置； 模擬氮沉降試驗(yàn)；模擬氮沉降試驗(yàn)； 油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 主要氮素

11、轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。 實(shí)驗(yàn)樣地的布置；實(shí)驗(yàn)樣地的布置； 模擬氮沉降試驗(yàn)；模擬氮沉降試驗(yàn)； 油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林主要

12、樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。 第一次取樣時(shí)間為第一次取樣時(shí)間為2009年年7月初即模擬氮沉降處理前；第二次取月初即模擬氮沉降處理前；第二次取樣時(shí)間為樣時(shí)間為2010年年7月，還處于模擬氮沉降實(shí)驗(yàn)初期，此時(shí)取樣月，還處于模擬氮沉降實(shí)驗(yàn)初期，此時(shí)取樣有利于清楚地了解氮沉降初期土壤的變化；

13、第三次取樣時(shí)間為有利于清楚地了解氮沉降初期土壤的變化；第三次取樣時(shí)間為2011年年7月，此時(shí)模擬氮沉降實(shí)驗(yàn)已進(jìn)行兩年，氮沉降對(duì)土壤月，此時(shí)模擬氮沉降實(shí)驗(yàn)已進(jìn)行兩年，氮沉降對(duì)土壤的影響已有比較明顯的表現(xiàn)。測(cè)量土壤的容重、的影響已有比較明顯的表現(xiàn)。測(cè)量土壤的容重、PH、全、全N、銨、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀、交換性陽離子態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀、交換性陽離子Mg2+、Ca2+、K+、Na+(原子吸收分光光度計(jì)法原子吸收分光光度計(jì)法)。取樣時(shí)按。取樣時(shí)按“S”形取樣形取樣法分法分0-20cm、20-40cm和和40-60cm三層取樣。三層取樣。 實(shí)驗(yàn)樣地的布置；實(shí)驗(yàn)樣地的布

14、置； 模擬氮沉降試驗(yàn)；模擬氮沉降試驗(yàn)； 油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；主

15、要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。 在各樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置在各樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置5個(gè)個(gè)1m1m的凋落物收集器，每月的凋落物收集器，每月底收集落在收集器上的凋落物，裝入塑料袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)底收集落在收集器上的凋落物，裝入塑料袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，區(qū)分針葉、闊葉、落枝、落花、落果、樹皮及其碎室，區(qū)分針葉、闊葉、落枝、落花、落果、樹皮及其碎屑物等組分，在屑物等組分，在80C恒溫條件下烘干恒溫條件下烘干48h后稱量。取部后稱量。取部分樣品粉碎后測(cè)定有機(jī)分樣品粉碎后測(cè)定有機(jī)C、全、全N、全、全P、全、全K、Ca和和Mg。

16、 實(shí)驗(yàn)樣地的布置；實(shí)驗(yàn)樣地的布置； 模擬氮沉降試驗(yàn)；模擬氮沉降試驗(yàn)； 油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)

17、態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。 2009年年10月分別在油松人工林和天然林收集落葉，其中天然林月分別在油松人工林和天然林收集落葉，其中天然林收集了優(yōu)勢(shì)樹種遼東櫟落葉，將所收集的落葉放入實(shí)驗(yàn)室自然收集了優(yōu)勢(shì)樹種遼東櫟落葉，將所收集的落葉放入實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干備用。選取一小部分測(cè)量凋落物葉的初始養(yǎng)分情況風(fēng)干備用。選取一小部分測(cè)量凋落物葉的初始養(yǎng)分情況(全碳、全碳、全氮、全磷、全鉀、全氮、全磷、全鉀、Ca和和Mg)。葉凋落物分解試驗(yàn)采用網(wǎng)袋法。葉凋落物分解試驗(yàn)采用網(wǎng)袋法

18、。其中天然林又分為其中天然林又分為針葉、闊葉、針葉和闊葉混合針葉、闊葉、針葉和闊葉混合三種處理，不三種處理，不同同N處理重復(fù)處理重復(fù)3次，于次，于2010年年4月隨機(jī)放在各處理相應(yīng)的各樣地月隨機(jī)放在各處理相應(yīng)的各樣地中。每樣地中。每樣地24袋分解袋隨機(jī)埋設(shè)在袋分解袋隨機(jī)埋設(shè)在6個(gè)點(diǎn)上。樣品每個(gè)點(diǎn)上。樣品每3個(gè)月收一個(gè)月收一次，每次每個(gè)樣方隨機(jī)取回次，每次每個(gè)樣方隨機(jī)取回3袋帶回實(shí)驗(yàn)室，去掉泥沙、雜物袋帶回實(shí)驗(yàn)室，去掉泥沙、雜物等，在等，在65C條件下烘干至恒重，再稱其重量。計(jì)算凋落物殘條件下烘干至恒重，再稱其重量。計(jì)算凋落物殘留率和失重率，然后粉碎樣品做樣品分析。留率和失重率，然后粉碎樣品做樣

19、品分析。 實(shí)驗(yàn)樣地的布置；實(shí)驗(yàn)樣地的布置； 模擬氮沉降試驗(yàn)；模擬氮沉降試驗(yàn)； 油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 主要氮素轉(zhuǎn)換

20、過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。Quercus liaotungensisCorylus mandshuricaSwida bretchneideri 實(shí)驗(yàn)樣地的布置；實(shí)驗(yàn)樣地的布置； 模擬氮沉降試驗(yàn)；模擬氮沉降試驗(yàn)； 油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林土壤不同層次理化性質(zhì)對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林凋落物量及養(yǎng)分歸還量對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松

21、林凋落物分解及養(yǎng)分釋放對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林主要樹種新生葉比葉面積、養(yǎng)分含量及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；油松林不同組分土壤呼吸動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)；主要氮素轉(zhuǎn)換過程的動(dòng)態(tài)特征及對(duì)模擬氮沉降的響應(yīng)； 氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。氮沉降對(duì)油松幼苗生物量分配及根系形態(tài)的影響。切根切根+去凋去凋去凋去凋 對(duì)照對(duì)照挖溝挖溝除草除草+去凋去凋埋石棉瓦埋石棉瓦天然林天然林人工林人工林Q Q1010 (5cm) (5cm)Q

22、 Q1010 (10cm) (10cm)TreatTreatCKCKLNLNMNMNHNHNTreatTreatCKCKLNLNMNMNHNHN A A 3.22 3.22 3.42 3.42 2.94 2.94 3.13 3.13 A A 5.81 5.81 7.61 7.61 6.55 6.55 6.82 6.82 B B1.73 1.73 1.72 1.72 1.32 1.32 1.58 1.58 B B3.86 3.86 3.67 3.67 2.92 2.92 2.75 2.75 C C2.41 2.41 2.08 2.08 1.86 1.86 2.16 2.16 C C3.71 3.

23、71 3.29 3.29 2.59 2.59 3.22 3.22 變量變量RS=RS=aeaebTbTRS=aW+bRS=aW+bRS=RS=aeaebTbTW Wc cVariableVariablea ab bR R2 2a ab bR R2 2a ab bc cR R2 2T5/W10T5/W100.2920.2920.1170.1170.6130.6131.2281.2280.0710.0712.3632.3630.7640.764T10/W10T10/W100.1680.1680.1760.1760.8120.812-1.056-1.0563.3723.3720.4390.4390.

24、2370.2370.1590.1590.3930.3930.8190.819T5/W10T5/W100.2410.2410.1230.1230.6500.6500.5870.5870.1080.1081.9561.9560.8290.829T10/W10T10/W100.1110.1110.2030.2030.9090.909-1.197-1.1973.3053.3050.4450.4450.150.150.1880.1880.3720.3720.9120.912T5/W10T5/W100.2970.2970.1080.1080.6470.6470.7040.7040.0870.0871.6141.6140.8120.812T10/W10T10/W100.1360.1360.1880.1880.9160.916-1.647-1.6474.084.080.5270.5270.1330.1330.1890.189-0.024-0.0240.9160.916T5/W10T5/W100.2840.2840.1140.1140.6520.6520.7520.7520.0940.0942.1262.1260.9130.913T10/W10T10/W100.1340.1340.1920.1920.9420.942-2.001-2.0014.50