模擬N沉降對粗放和集約經(jīng)營毛竹林凋落物量的影響研究綜述

翁 俊，許穎穎，徐 璐

(1.浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 杭州 311300；2.江蘇第二師范學(xué)院，江蘇 南京 210013； 3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210095)

1 引言

隨著農(nóng)業(yè)化肥的大量使用以及畜牧業(yè)的發(fā)展，大氣氮沉降激增。20世紀(jì)以來氮沉降已增長了3倍左右，并仍呈上升的趨勢，全球氮沉降程度到2050年約為20世紀(jì)90年代的兩倍[1]。我國已成為世界第三大氮沉降區(qū)[2]，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,氮沉降問題將越來越嚴(yán)重[3]。

2 研究的背景和意義

氮沉降的增加將不可避免地對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛的影響[4]。毛竹林植物的重要新陳代謝產(chǎn)物就是毛竹林凋落物，毛竹林生態(tài)系統(tǒng)能量流的一個(gè)十分重要的參數(shù)也是毛竹林凋落物，其大小會(huì)影響凈初級生產(chǎn)力的比例。毛竹林凋落物流也是毛竹林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中的一個(gè)過程，影響土壤生物的生存。

我國分布最廣、栽培和利用歷史最悠久的竹種是毛竹(Phyllostachyspubescens)。隨著林業(yè)的發(fā)展，40%～50%的毛竹林施行了集約化經(jīng)營。與傳統(tǒng)的竹林管理相比，竹林集約經(jīng)營的特點(diǎn)是：除林下雜草，反復(fù)耕耘、施肥等。這些管理措施影響了毛竹林的凋落物動(dòng)態(tài)特性的同時(shí)，也提高了毛竹林生產(chǎn)力和竹材產(chǎn)量，但影響大小尚不清楚。我國毛竹林最主要的分布區(qū)是亞熱帶地區(qū)[5]。自然氮沉降強(qiáng)度高，再加上外源施氮量，將進(jìn)一步增加毛竹的氮素輸入量。因此，在當(dāng)前和未來如此高強(qiáng)度的氮沉降背景下，毛竹林凋落物量將對氮沉降作出怎樣的響應(yīng)？這需要通過實(shí)驗(yàn)研究來回答，這對于正確認(rèn)識全球氣候變化條件下我國毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯/源特征及其在減緩氣候變化中的地位和作用具有重要的理論意義和科學(xué)價(jià)值，可為全球變化潛在效應(yīng)估算和模型模擬預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

3 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

國際上關(guān)于氮沉降對凋落物影響的研究已有很多。在中國對凋落物的研究是從20世紀(jì)60年代開始的，隨著年代的進(jìn)一步發(fā)展，不同樹種和養(yǎng)分以及土壤理化性質(zhì)等方面進(jìn)行了多次研究，至今已觸及到不同氣候帶的不同森林群落，包括紅樹林，亞熱帶混交林、山地雨林、闊葉紅松林。20世紀(jì)90年代以后，由于全球碳循環(huán)問題在氣候變暖的背景下受到廣泛關(guān)注，氮沉降和凋落物動(dòng)態(tài)及土壤微生物生物量和凋落物分解的研究證得到了科學(xué)觀察。同時(shí)，對凋落物的影響因素和多人研究的結(jié)果進(jìn)行了模擬和總結(jié)。

4 材料與方法

4.1 研究方法

采用氮沉降模擬方法，闡明不同氮沉降強(qiáng)度對毛竹林凋落物量的影響，為全球變化潛在效應(yīng)估算和模型模擬預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

2012年在浙江省杭州市臨安區(qū)青山鎮(zhèn)建立了24塊樣地，并進(jìn)行了編號。每塊樣地里隨機(jī)放置6個(gè)1 m × 0.5 m的收集框。依據(jù)我國亞熱帶地區(qū)的實(shí)際氮沉降量及增長趨向[6，7]，氮沉降處理設(shè)置4個(gè)梯度：低氮(L, 30 kg N/ha·yr)、中氮(M, 60 kg N/ha·yr)、高氮(H, 90 kg N/ha·yr)和對照(CK, 0 kg N/ha·yr)，每個(gè)梯度設(shè)3個(gè)樣方即3個(gè)重復(fù)，樣方之間間隔20 m以上以防相互影響。根據(jù)氮處理梯度水平，每個(gè)月進(jìn)行模擬氮沉降噴施一次，每年12次。具體方法為：每月月初將每個(gè)樣方所需噴施的一定量的NH4NO3溶解在10 L自來水中(相當(dāng)于年增加降水0.3 mm)，用噴霧器噴灑在林地上。對照區(qū)噴灑等量的水，但不含氮，以減少不同加水量的影響。

定期收集凋落物, 為了防止雨水和凋落物的分解，造成失重或化學(xué)成分的變化，間隔時(shí)間較短，一般為1個(gè)月，每個(gè)月底收集凋落物。將凋落物帶回實(shí)驗(yàn)室后，烘干至恒量，根據(jù)測定的干質(zhì)量, 按尺度轉(zhuǎn)換成每月單位面積的凋落物產(chǎn)量(kg/hm2)。

4.2 技術(shù)路線

全球氮沉降增加—影響陸地生態(tài)系統(tǒng)功能—毛竹林凋落物量—解釋氮沉降影響毛竹林碳匯/源功能的內(nèi)在機(jī)理。

4.3 研究內(nèi)容

主要研究在不同強(qiáng)度氮沉降模擬(4個(gè)梯度：對照：0 kg N/ha·yr；低氮：50 kg N/ha·yr；中氮：100 kg N/ha·yr；高氮：150 kg N/ha·yr)處理下集約經(jīng)營和粗放經(jīng)營毛竹林的凋落物量特征。

4.4 擬解決的關(guān)鍵問題

不同水平的氮沉降處理對毛竹林凋落物量影響有所不同。擬解決的關(guān)鍵問題是野外模擬不同強(qiáng)度氮沉降處理下集約經(jīng)營和粗放經(jīng)營毛竹林凋落物量特征。

5 研究的特色與創(chuàng)新之處

目前，在北美洲北部和溫帶森林中，氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響研究較少，在熱帶和亞熱帶地區(qū)開展的研究也很少。國內(nèi)已開展的幾例關(guān)于氮沉降影響森林生態(tài)系統(tǒng)功能的研究主要集中在鼎湖山的針闊混交林常綠闊葉林、福建杉木人工林、長白山的闊葉紅松林和次生林。

截至目前，關(guān)于氮沉降對毛竹林影響的研究還比較少。毛竹林集中分布在我國的中南部地區(qū)，該區(qū)同時(shí)也是當(dāng)前和今后幾十年內(nèi)我國乃至世界氮沉降最嚴(yán)重的區(qū)域，因此選擇毛竹林生態(tài)系統(tǒng)為對象和切入點(diǎn)，研究氮沉降影響毛竹林凋落物量，既很有特色，又有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

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