氮添加对东北人工幼龄混交林土壤呼吸的影响

作     者：曹星淼 郭超群 张新娜 王娟 程艳霞 张春雨 CAO Xingmiao;GUO Chaoqun;ZHANG Xinna;WANG Juan;CHENG Yanxia;ZHANG Chunyu

作者机构：北京林业大学国家林业和草原局森林经营工程技术研究中心北京100083 北京林业大学林学院北京100083 北京林业大学生态与自然保护学院北京100083 

出 版 物：《生态学报》 (Acta Ecologica Sinica)

年 卷 期：2025年第45卷第8期

页      面：3874-3886页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

基　　金：国家重点研发计划重点专项项目(2023YFF1304004-06) 国家自然科学基金项目(32371870) 

主　　题：土壤呼吸 模拟氮添加 细根生物量密度 土壤pH值 

摘      要：测定并比较短期氮添加下土壤总呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率,分析环境条件对幼龄林土壤异养呼吸和自养呼吸速率的影响,以期揭示未来氮沉降对东北地区幼龄林的土壤呼吸及碳循环影响。以东北舒兰人工混交幼龄林为研究对象,设计了3种模拟氮添加处理:对照(CK,0 kg/hm^(2))、低氮(LN,50 kg/hm^(2))及高氮(HN,100 kg/hm^(2)),于2021—2023年生长季测定土壤呼吸速率、土壤pH值及细根生物量密度,分析不同氮添加条件下土壤呼吸及其组分的呼吸速率与土壤温度、土壤pH值、细根生物量密度之间的关系。研究结果:(1)氮添加水平对土壤呼吸组分有显著影响,但未显著改变异养呼吸和自养呼吸的贡献率。其中低氮处理对土壤呼吸及其组分的呼吸速率都有促进作用,高氮处理则主要通过加强土壤酸化制约土壤异养呼吸速率来抑制土壤总呼吸速率。(2)氮添加改变了土壤环境(如土壤温度、土壤5 cm体积含水量、土壤pH值等)和植物细根的生长。低氮处理显著促进了幼树的生长,增加了土壤中的细根生物量密度,而高氮则呈现出相反的作用。不同氮添加处理均能提高土壤酸化程度,但高氮处理较低氮处理的作用更强。(3)土壤温度、细根生物量密度以及土壤pH值都与土壤呼吸速率显著正相关,其中土壤温度与土壤总呼吸及土壤异养呼吸速率呈显著指数相关关系,解释了土壤呼吸速率变异的20.2%—45.4%,是土壤呼吸速率的主要影响因子。研究结果强调了氮添加通过影响土壤环境及植物细根生物量密度而显著作用于土壤呼吸速率的驱动机制。不同氮添加处理中,低氮处理下土壤呼吸速率显著增加,高氮处理则降低,表明了未来氮沉降的改变会对土壤碳循环产生巨大影响。实验期内,土壤体积含水量的变化对土壤呼吸速率解释较差,氮添加作用下土壤酸化加重,与以往的研究结论不一致;氮添加、土壤pH值及细根生物量密度对土壤异养呼吸的贡献率都未产生显著影响,未来需要做进一步地探索和解释。