氮沉降是驱动生物多样性变化的重要因素之一。一般认为氮沉降会改变物种多样性,而且在外源氮添加条件下,禾草类植物和落叶灌木比杂类草和常绿灌木更具竞争优势。不过该结论更多是从高寒草甸和荒漠草原等生态系统中得到,主要是针对同一生活型内植物之间的竞争关系,不涉及不同生活型植物之间的相互作用,并且由于草原和草甸等生态系统没有明显的垂直结构,同一层次中植物的高度差异较小,有可能高估了光照因素对植物的作用。因此从森林生态系统入手,可以进一步阐述不同生活型植物对氮沉降的响应。本文以我国北方典型的落叶阔叶林--辽东栎(Quercus wutaishanica)林为研究对象,设置CK(0 kg N·ha^-1·yr^-1)、N50(50kgN·ha^-1·yr^-1)和N100(100 kg N·ha^-1·yr^-1)3个梯度氮添加实验,模拟氮沉降对温带森林生物多样性的影响。8年连续的氮添加实验结果显示:(1)氮添加显著降低了林下植物的物种丰富度和多样性,改变了群落的物种组成;(2)氮添加提高了灌木植物的物种丰富度和多样性;降低了草本植物的丰富度;(3)氮添加降低了禾草类植物的重要值,提高了杂类草的重要值。该研究表明,长期氮添加会显著改变林下植物的物种组成,不同生活型植物对氮添加的响应亦有所差别。造成该现象的原因可能是由土壤环境变化(如养分含量提高,pH值下降)和植物获取光照能力强弱(如灌木植物获取光资源要多于草本植物)导致。
以福建省武夷山亚热带常绿阔叶米槠林为研究对象,开展氮添加实验。采用4个氮添加梯度(CK,N50,N100和N150,分别表示氮添加0,50,100和150 kg/(hm2·a))模拟自然氮沉降变化,探究氮添加对土壤有机碳及土壤呼吸的影响。结果表明,氮添加对表层土壤(0~20 cm)总有机碳的影响不显著,对颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)两种不同碳组分含量的影响不同。其中,N100和N150处理分别使土壤POC含量显著上升110.7%和147.9%(p1=0.024,p2<0.001);土壤MAOC含量则随氮添加量升高呈下降趋势,但差异不显著。土壤呼吸速率的年际波动呈单峰式,且在不同观测时间内,各样地土壤呼吸速率对氮添加的响应不同。通过土壤呼吸速率与土壤温度的拟合方程计算,得到2018—2020年CK,N50,N100和N150样地土壤呼吸年均碳排放量分别为1205.31,1191.56,1287.56和1128.61 g C/m^(2)。其中,N50样地与CK样地无显著差异,N100样地显著上升6.82%(p<0.001),N150显著下降6.8%(p<0.001),即N100可以促进土壤呼吸年碳排放,而N150对土壤呼吸年碳排放有抑制作用。
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