火烧和氮添加对气候过渡带针阔混交林土壤净氮矿化速率的影响

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由于人类活动的影响,未来火烧的发生频率和氮沉降均会呈现增加趋势。火烧和氮沉降作为森林生态系统的重要干扰因子,对森林生态系统的结构和功能产生深刻的影响。氮素是影响生态系统生产力的关键因子,其含量和转化过程的微小变化都有可能造成生态系稳定性的巨大波动。本研究以信阳南湾林场贤山林区的马尾松-麻栎混交林为研究对象,于2014年起分别设置对照(C)、火烧(B)、氮添加(N)和火烧+氮添加(BN)4种处理,每种处理5个重复,研究火烧和氮添加对土壤净氮矿化的影响,结合土壤理化性质和土壤微生物生物量的变化,分析火烧和氮添加对土壤氮矿化的影响机制。火烧分别使土壤温度和土壤pH值显著增加1.8 ℃和0.4,但对土壤湿度没有影响。氮添加显著降低土壤pH值(0.2)和土壤湿度(-0.7 v/v%,绝对变化),对土壤温度没有影响。此外,火烧与氮添加对土壤pH值存在显著的交互作用。火烧和氮添加处理对土壤有机碳、总氮和碳氮比没有影响。但是在2016年火烧和氮添加对土壤总氮和碳氮比存在显著的交互作用。2015年,火烧使土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮分别接近显著地增加12.2%和显著地增加29.6%,说明火烧后森林生态系统会把更多的养分储存在微生物中以减少更大的丢失。另外火烧接近显著地降低了土壤微生物生物量碳氮比19.5%。氮添加处理对土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物生物量碳氮比都没有影响。土壤微生物生物量氮和土壤温度间显著正相关关系表明,火烧导致的土壤温度增加能够刺激土壤微生物的生长。2015年和2016年,火烧都使土壤铵态氮和硝态氮含量显著降低。2015年,火烧使土壤铵态氮和硝态氮含量分别降低29.6%和30.4%;2016年,火烧使土壤铵态氮和硝态氮含量分别降低25.0%和40.6%。2015年,氮添加对铵态氮含量影响不显著,但是显著增加了硝态氮含量(45.3%)。2016年,氮添加使铵态氮和硝态氮含量分别接近显著地增加10.8%和显著地增加38.9%。火烧对土壤氮矿化速率的效应在2015年和2016年存在显著差异。在2015年,火烧显著增加了土壤净硝化速率(75.5%)和净矿化速率(118.0%)。而在2016年,火烧对土壤净硝化速率和净矿化速率却没有影响。氮添加处理对土壤净硝化速率和净矿化速率在两年中均没有影响。2015年土壤净硝化速率和净矿化速率与土壤微生物生物量碳间以及土壤净硝化速率与微生物生物量氮间呈现显著的正相关关系。本研究结果表明火烧之后短时间内土壤净氮矿化速率的增加将会缓解氮素的限制作用,进而促进北亚热带与暖温带过渡区受损森林的恢复与重建。
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