滇中高原云南松林枯落物輸入對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量及其分布格局的影響

孫 軻,黎建強(qiáng),楊關(guān)呂,左 嫚,胡 景

西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)與環(huán)境學(xué)院,昆明 650224

土壤碳和氮共同調(diào)節(jié)和維持著生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性,碳氮循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的重要過(guò)程[1- 2]。陸地土壤碳庫(kù)的儲(chǔ)量約115×1015kg,是植物碳庫(kù)的3倍,大氣碳庫(kù)的2倍[3],土壤碳庫(kù)的存量巨大。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分,森林土壤碳庫(kù)約占全球土壤碳庫(kù)的40%[4],森林土壤碳庫(kù)的細(xì)微變化,都會(huì)對(duì)大氣CO2濃度及碳循環(huán)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[5]。氮作為一種大量營(yíng)養(yǎng)元素,其在森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中具有重要的作用[6- 7],森林生態(tài)系統(tǒng)中90%的氮元素都儲(chǔ)存在土壤中[8],并且森林生態(tài)系統(tǒng)中N與C循環(huán)相互作用、相互影響[9],氮元素的供應(yīng)量很大程度上影響到碳儲(chǔ)量的變化[10]。

森林枯落物作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是森林物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要方面,亦是森林土壤碳氮元素的主要來(lái)源[11- 15]。在全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響加劇的背景下,氣候變暖、溫室氣體CO2濃度的升高和全球降雨量的重新分配以及全球大氣污染、干旱脅迫、森林病原體入侵、人為移除枯落物和控制火燒等人類(lèi)活動(dòng)通過(guò)改變了森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和森林生產(chǎn)力[16- 18],從而導(dǎo)致森林地上/地下枯落物輸入量發(fā)生變化[19- 22]。這種地上/地下枯落物輸入變化使森林土壤地表覆蓋層和地下根系周轉(zhuǎn)量發(fā)生了重要的變化,進(jìn)而對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量產(chǎn)生了重要的影響[23- 25]。然而在全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響加劇氣候變化背景下枯落物輸入變化對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量的影響還不清楚[12],因此研究枯落物輸入變化下土壤碳氮儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化對(duì)于科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)森林碳氮儲(chǔ)量及其對(duì)氣候變化反饋?zhàn)饔镁哂兄匾饬x。枯落物添加和去除實(shí)驗(yàn)(DIRT,Detritus input and removal treatments)其原理是控制森林土壤有機(jī)質(zhì)的輸入量,即人為控制地上枯落物和地下根系的輸入量來(lái)研究植物枯落物輸入來(lái)源如何影響森林土壤碳和養(yǎng)分元素的積累和動(dòng)態(tài),以揭示氣候變化和人為活動(dòng)影響對(duì)土壤生物地球化學(xué)循環(huán)和物理過(guò)程的影響[26]。目前,國(guó)際上有關(guān)枯落物輸入變化對(duì)土壤碳氮儲(chǔ)量影響的研究其中有美國(guó)馬塞諸塞州的紅櫟林(Quercusrubra)、威斯康星洲的紅櫟林、賓夕法尼亞洲的黑櫻桃(Prunusseròtina)/糖槭林(Acersaccharum)以及俄勒岡州的道格拉斯杉林(Pseudotsugamenziesii)和加州鐵杉(Tsugaheterophylla)混交林[27-29]等。研究結(jié)果顯示,土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分對(duì)枯落物輸入變化的響應(yīng)存在著很大的不確定性,上述研究對(duì)象多為溫帶森林系統(tǒng),對(duì)亞熱帶與熱帶森林系統(tǒng)的研究較為匱乏,亞熱森林系統(tǒng)與溫帶森林系統(tǒng)在氣候、樹(shù)種、林分結(jié)構(gòu)上存在諸多的差異,土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分對(duì)枯落物輸入變化的響應(yīng)也會(huì)有所不同。國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)杉木林(Cunninghamialanceolata)枯落物輸入變化對(duì)土壤呼吸的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[30-32],但缺乏有關(guān)土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分對(duì)枯落物輸入變化響應(yīng)的研究。

云南松林(Pinusyunnanensis)作為云貴高原主要的林分之一,在云南約占森林的面積的70%[33],是云南省乃至我國(guó)西南地區(qū)最重要的森林資源[34]。因此,本研究以滇中高原磨盤(pán)山云南松林作為研究對(duì)象,采用枯落物添加與去除實(shí)驗(yàn)對(duì)不同枯落物輸入條件下土壤的碳氮儲(chǔ)量變化及其空間分布格局進(jìn)行研究,以期為合理估算氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響條件下云南松林土壤碳氮儲(chǔ)量和云南松林枯落物的科學(xué)管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省玉溪市新平縣磨盤(pán)山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀(guān)測(cè)研究站(23°46′18″—23°54′34″N,101°16′06″—101°16′12″E),地處云貴高原、橫斷山脈和青藏高原的結(jié)合部,海拔1260.0—2614.4m,屬于中亞熱帶氣候,是云南亞熱帶北部氣候與亞熱帶南部氣候的過(guò)渡地區(qū),具有典型山地氣候特征。研究區(qū)年均氣溫15℃,極端最高溫達(dá)33.0℃,極端最低氣溫為-2.2℃,年降水量為1050mm,降水主要集中在5—10月。土壤以第三紀(jì)古紅土發(fā)育的山地紅壤和玄武巖紅壤為主,高海拔地區(qū)有黃棕壤分布。

本研究選取云南松天然次生林為研究對(duì)象,樣地位置為23°57′47″N,101°56′38″E,海拔2127m,坡向?yàn)楸逼珫|51°,坡度為12—15°,枯落物U層厚度約2cm,S層厚度約2.1cm,D層厚度約為3.7cm；U層現(xiàn)存量為6.92 t/hm2,S層現(xiàn)存量為10.44 t/hm2,D層現(xiàn)存量為12.45 t/hm2；土壤為黃棕壤,林內(nèi)主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為云南松(Pinusyunnanensis),伴生樹(shù)種有槲櫟(Quercusaliena)、越橘(Vacciniumvitis-idaea)、木荷(Schimasuperba)等；林下植被稀少,灌木主要有碎米花杜鵑(Rhododendronspiciferum)、野山楂(Crataeguscuneata)、黑果菝葜(Smilaxglaucochina)等,草本植物主要有薹草(Carexspp),藤本植物蓬萊葛(Gardneriamultiflora)等,蓋度約15%。

1.2 研究方法

1.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018年1月,在研究區(qū)內(nèi)設(shè)置了1個(gè)對(duì)照樣地和5個(gè)枯落物控制樣地(處理方法如表1),樣地面積為5m×10m,在每個(gè)處理樣地內(nèi)均沿對(duì)角線(xiàn)均勻設(shè)置3個(gè)1m×1m觀(guān)測(cè)小區(qū),且離樣地邊緣最短距離>1m。

表1 不同枯落物處理樣地概況

1.2.2樣本采集和數(shù)據(jù)測(cè)定

2019年3月,在每個(gè)樣地隨機(jī)沿對(duì)角線(xiàn)選取3個(gè)土壤取樣點(diǎn),挖取土壤剖面按0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm、40—60 cm分層測(cè)定土壤容重；并按層采集土壤樣品混合混勻,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行碳、氮含量和理化性質(zhì)的測(cè)定。

土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定[35]；土壤全碳(TC)利用總碳分析儀(Vario TOC,德國(guó))測(cè)定；總氮(TN)、總磷(TP)和總鉀(TK)采用濃硫酸-過(guò)氧化氫消解,采用連續(xù)流動(dòng)分析儀(SEAL Analytical AA3,德國(guó))測(cè)定[36],pH采用電位法測(cè)定[37]。

1.2.3碳氮儲(chǔ)量的計(jì)算

土壤層全碳儲(chǔ)量的計(jì)算公式如下[38]：

式中,SC為0—60 cm土壤全碳的儲(chǔ)量(t/hm2),i為土壤層序數(shù),X為土壤的C含量(g/kg),L為土壤厚度(cm),BD為土壤容重(g/cm3),0.1為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

土壤層全氮儲(chǔ)量的計(jì)算公式如下[38]：

式中,SN為0—60 cm土壤全氮的儲(chǔ)量(t/hm2),i為土壤層序數(shù),Y為土壤的N含量(g/kg),L為土壤厚度(cm),BD為土壤容重(g/cm3),0.1為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

土壤碳氮比的計(jì)算公式如下：

式中,TC為土壤全碳含量,TN為土壤全氮含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用單因素方差分析(one-wayANOVA)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),利用Pearson相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)土壤有機(jī)質(zhì)及土壤物理性質(zhì)各指標(biāo)之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同枯落物處理?xiàng)l件下土壤全碳含量、儲(chǔ)量及分布格局

不同枯落物處理的土壤全碳含量均隨土層深度的增加而減少(圖1),除NR處理的10—20 cm土層和20—40 cm土層、NL處理下的20—40 cm土層和40—60 cm土層、O/A-Less處理下20—40 cm土層和40—60 cm土層的全碳含量差異不顯著外,其余處理土壤全碳含量在土層間均差異顯著(P<0.05)。不同枯落物處理土壤全碳含量在16.5—68.12 g/kg之間,最大值為NL處理0—10 cm土層土壤全碳含量,為68.12 g/kg,最小值為DL處理下40—60 cm土層全碳含量,為16.5 g/kg。不同處理土壤全碳含量在0—10 cm土層,NL處理高于對(duì)照,DL和O/A-Less處理低于對(duì)照,但無(wú)顯著差異,而NR和NI顯著(P<0.05)低于對(duì)照；不同處理10—20 cm土層的全碳含量以對(duì)照最高(40.42 g/kg),顯著高于其他處理方式,DL處理10—20 cm土層的全碳含量最低(25.39 g/kg),顯著低于對(duì)照和其他處理。NR處理20—40 cm土層的全碳含量顯著(P<0.05)高于對(duì)照,NI與對(duì)照無(wú)顯著差異,而NL、DL和O/A-Less處理則顯著(P<0.05)低于對(duì)照。在40—60 cm土層,NL、NR和NI處理的全碳含量顯著(P<0.05)高于對(duì)照,而DL處理顯著(P<0.05)低于對(duì)照,O/A-Less處理全碳含量與對(duì)照無(wú)顯著差異。不同處理土壤全碳含量均值表現(xiàn)為：WC(CO)=34.87 g/kg>WC(NL)=33.44 g/kg>WC(NR)=29.09 g/kg>WC(NI)=28.47 g/kg>WC(O/A-Less)=28.16 g/kg>WC(DL)=24.94 g/kg。

圖1 不同枯落物處理下土壤全碳含量/(g/kg)Fig.1 The soil total carbon of alterations in forest litter input treatments 圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3),不同大寫(xiě)字母表示同一土層不同處理間差異性顯著,不同小寫(xiě)字母表示同一處理不同土層間差異性顯著(P<0.05);CO:對(duì)照Normal Litter Inputs;NL:去除枯落物No Litter;DL:雙倍枯落物Double Litter;NR:去除根系No Roots;NI:無(wú)輸入No Inputs;O/A-Less:去除有機(jī)層和A層Organic and A horizons removed

不同枯落物處理下的土壤全碳儲(chǔ)量(表2)變化趨勢(shì)與碳含量變化趨勢(shì)基本一致。不同處理0—60 cm層的全碳儲(chǔ)量為134.49—170.92 t/hm2,NL處理的全碳儲(chǔ)量略高于對(duì)照,而其余各處理土壤全碳含量均小于對(duì)照,全碳儲(chǔ)量在不同處理間表現(xiàn)為：SC(NL)=170.92 t/hm2>SC(CO)=168.10 t/hm2>SC(NR)=153.26 t/hm2>SC(NI)=147.20 t/hm2>SC(O/A-Less)=143.54 t/hm2>SC(DL)=134.49 t/hm2。不同處理0—20 cm土層全碳儲(chǔ)量占0—60 cm土層全碳儲(chǔ)量的40.86%—53.56%。

表2 不同枯落物處理下土壤全碳儲(chǔ)量/(t/hm2)

2.2 不同枯落物處理?xiàng)l件下土壤全氮含量、儲(chǔ)量及分布格局

不同枯落物處理的土壤全氮含量均隨土層深度增加而減少(圖2),除NL處理下的20—40 cm土層和40—60 cm土層、NR處理下的0—10 cm土層、10—20 cm土層和20—40 cm土層以及O/A-Less處理下的20—40 cm土層和40—60 cm土層的全氮含量在土層間差異不顯著外,其余處理下土壤全氮含量在土層間差異顯著(P<0.05)。不同枯落物處理土壤全氮含量在0.75—3.66 g/kg之間,最大值為對(duì)照處理0—10 cm土層全氮含量,為3.66 g/kg,最小值為DL處理下40—60 cm土層全碳含量,為0.75 g/kg。DL、NR、NI和O/A-Less土壤全氮含量在0—10 cm土層均顯著(P<0.05)小于對(duì)照,但NL處理0—10 cm土層土壤全氮含量與對(duì)照差異不顯著；不同處理10—20 cm土層的全氮含量以對(duì)照為最高(2.7 g/kg),顯著(P<0.05)高于其他處理,DL處理10—20 cm土層的全氮含量為最低(1.55 g/kg),顯著(P<0.05)低于對(duì)照和其他四種處理。NR、NI處理20—40 cm土層的全氮含量與對(duì)照無(wú)顯著差異,而NL、DL與O/A-Less處理全氮顯著(P<0.05)低于對(duì)照；在40—60 cm土層中,對(duì)照樣地全氮含量顯著(P<0.05)高于其他處理。不同處理土壤(0—60 cm)全氮含量均值表現(xiàn)為：WN(CO)=2.28 g/kg>WN(NL)=1.85 g/kg>WN(O/A-Less)=1.58 g/kg>WN(NR)=1.57 g/kg>WN(NI)=1.565 g/kg>WN(DL)=1.52 g/kg。

圖2 不同枯落物處理下土壤全氮含量/(g/kg)Fig.2 The soil total nitrogen of alterations in forest litter input treatments 圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3),不同大寫(xiě)字母表示同一土層不同處理間差異性顯著,不同小寫(xiě)字母表示同一處理不同土層間差異性顯著(P<0.05)

不同處理土壤全氮儲(chǔ)量(表3)變化趨勢(shì)與全氮含量變化趨勢(shì)基本一致。不同處理土壤0—60 cm全氮儲(chǔ)量在8.09—11.83 t/hm2之間,對(duì)照處理土壤0—60 cm全氮儲(chǔ)量為11.83 t/hm2,顯著高于其余5種處理。不同處理土壤0—60 cm全氮儲(chǔ)量表現(xiàn)為：SN(CO)=11.83 t/hm2>SN(NL)=9.70 t/hm2>SN(DL)=8.70 t/hm2>SN(NR)=8.35 t/hm2>SN(O/A-Less)=8.21 t/hm2>SN(NI)=8.09 t/hm2。不同處理0—20 cm土層的全氮儲(chǔ)量占0—60 cm土層全氮儲(chǔ)量的39.28%—46.04%。

表3 不同枯落物處理下土壤全氮儲(chǔ)量/(t/hm2)

圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3),同行不同大寫(xiě)字母表示同一土層不同樣地間差異性顯著,同列不同小寫(xiě)字母表示同一樣地不同土層間差異性顯著(P<0.05)

2.3 不同枯落物處理?xiàng)l件下土壤全碳、全氮與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

2.3.1不同枯落物處理?xiàng)l件下土壤理化性質(zhì)特征

不同枯落物處理不同土層土壤主要理化性質(zhì)見(jiàn)表4。由表4可知,不同處理土壤容重在不同土層總體表現(xiàn)為由表層至下層呈增加的趨勢(shì)。不同處理表層(0—10 cm)土壤容重?zé)o顯著差異,而枯落物處理對(duì)10—40 cm土層的土壤容重存在顯著影響,NI處理10—20 cm和20—40土層土壤容重均顯著小于對(duì)照。不同枯落物處理土壤pH在4.20—5.29之間,呈酸性；土層與枯落物輸入變化對(duì)土壤pH的影響不存在顯著規(guī)律。不同枯落物處理除DL處理外,其他處理土壤磷含量在土層間差異不顯著；不同處理間土壤磷含量差異顯著。在對(duì)照、DL與O/A-Less處理下,土壤鉀含量在土層間差異顯著,鉀含量隨土壤深度的增加而增加；其他處理下,土壤鉀含量在土層間無(wú)顯著規(guī)律,但深層土壤(40—60 cm)鉀含量均高于淺層土壤(0—40 cm)鉀含量；不同處理間土壤鉀含量差異顯著。

表4 不同枯落物輸入下土壤主要理化性質(zhì)

2.3.2不同枯落物處理?xiàng)l件下土壤化學(xué)計(jì)量比特征

土壤C/N是反應(yīng)土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要指標(biāo),是土壤氮素礦化能力的標(biāo)志[39]。一般認(rèn)為25∶1是土壤C/N的界限,C/N越接近25∶1,越有利于土壤中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化；當(dāng)土壤C/N小于25∶1時(shí),有利于土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化,能夠?yàn)橥寥捞峁┏渥愕牡兀划?dāng)土壤C/N大于25∶1時(shí),土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化緩慢,有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累[40]。不同枯落物處理下土壤C/N(表5)的范圍在11.20—20.27之間,均小于25∶1,說(shuō)明在不同枯落物輸入下,土壤氮素的礦化能力均在較強(qiáng)的水平上。不同處理0—10 cm土層的C/N均最大,CO與DL處理土壤C/N隨土層深度的增加而降低,符合土壤C/N隨土層變化的一般規(guī)律[41],其余處理下土壤C/N的變化規(guī)律則不顯著。

表5 不同枯落物輸入下土壤化學(xué)計(jì)量比特征

C、N和P的化學(xué)計(jì)量比特征可以反映生態(tài)系統(tǒng)中植物養(yǎng)分的限制狀況[42]。不同處理除NR、NI處理外,其余處理土壤C/P、N/P均隨土層深度的增加而降低,且表層顯著高于深層；NR、NI處理土壤C/P、N/P隨土層深度的增加先降低,后增加再降低。

2.3.3不同枯落物處理?xiàng)l件下土壤碳氮含量與理化性質(zhì)的關(guān)系

不同枯落物處理的土壤碳氮含量與理化性質(zhì)的關(guān)系見(jiàn)表6。不同處理土壤全碳含量與全氮含量極顯著正相關(guān)；土壤全碳、全氮含量與土壤容重極顯著負(fù)相關(guān),而與土壤全鉀顯著負(fù)相關(guān)；土壤全碳含量與土壤各化學(xué)計(jì)量比均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,土壤全氮含量與土壤C/P和N/P存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤pH值、全磷含量與不同處理土壤全碳、全氮含量不存在顯著相關(guān)。

表6 不同枯落物輸入下土壤碳氮含量與土壤理化性質(zhì)相關(guān)關(guān)系

3 討論

3.1 枯落物輸入變化對(duì)土壤碳氮及分布格局的影響

滇中高原云南松林不同枯落物處理的土壤全碳含量均隨土層深度的增加而降低,同一處理不同土層間全碳含量的差異顯著主要是由于土層間土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量存在規(guī)律性差異。土壤碳的變化依賴(lài)于初級(jí)凈生產(chǎn)產(chǎn)生的碳輸入與土壤有機(jī)質(zhì)分解消耗的碳之間的平衡[43],枯落物分解和歸還是土壤碳輸入的主要來(lái)源,微生物的分解礦化作用是土壤碳輸出的主要形式[44]。一般來(lái)說(shuō),表層土壤受地上枯落物影響較大,深層土壤受植物根系輸入影響較大,而根系輸入會(huì)隨土層深度的增加而減少[6]。不同枯落物輸入條件下,同一土層間土壤全碳含量也存在差異,在0—10 cm土層中,NL處理下的全碳含量顯著高于其他處理,可能是因?yàn)槿コ蠈涌萋湮锏母淖兞烁迟|(zhì)層的水熱條件,加速了腐殖質(zhì)層分解礦化,雖然沒(méi)有新的枯落物補(bǔ)給,但是原有腐殖質(zhì)層仍能為表層土壤提供大量有機(jī)質(zhì),腐殖質(zhì)層更快的分解導(dǎo)致表層土壤碳含量的增加；20—40 cm土層地下枯落物輸入的改變則顯著影響了土壤碳含量,在20—40 cm層中,NR處理的全碳含量顯著高于其他處理,這是由于切斷根系處理后,大量根系死亡為深層土壤提供了大量有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì)分解為土壤提供大量的碳,說(shuō)明植物根系對(duì)土壤深層碳含量起著決定性作用[29,45—46]。DL處理除0—10 cm土層外,其余土層土壤全碳含量均顯著低于其他處理,一方面是可能是因?yàn)樵黾涌萋湮镙斎胧沟猛寥罍囟扰c濕度增加,導(dǎo)致土壤酶與土壤微生物的活性增加,由于土壤酶與土壤微生物的活性增加,加劇土壤中有機(jī)質(zhì)的消耗,進(jìn)而影響土壤碳儲(chǔ)量[11,47- 48]；另一方面是因?yàn)樘砑涌萋湮飳?duì)土壤呼吸的激發(fā)效應(yīng),導(dǎo)致消耗的碳增加[49- 50]；土壤碳含量是決定土壤碳儲(chǔ)量的決定性因素之一,因此土壤全碳含量與儲(chǔ)量變化趨勢(shì)基本一致。土壤全碳儲(chǔ)量NL處理最大,這與NL土壤表層碳含量顯著增加有關(guān),而其余不同處理土壤全碳儲(chǔ)量均顯著低于對(duì)照,因此枯落物輸入對(duì)土壤全碳儲(chǔ)量存在顯著影響；地上枯落物輸入與地下枯落物輸入都對(duì)土壤全碳儲(chǔ)量產(chǎn)生著重要的影響,但地上枯落物輸入與地下枯落物輸入中哪一種對(duì)土壤碳庫(kù)的貢獻(xiàn)更大,還需要進(jìn)一步研究。此外土壤碳對(duì)枯落物輸入變化的響應(yīng)亦會(huì)因類(lèi)型森林生態(tài)系統(tǒng)、樹(shù)種、處理的時(shí)間、土壤原有狀態(tài)等因素的變化而存在差異[51]。

氮作為一種大量營(yíng)養(yǎng)元素,其在森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中具有重要的作用,是森林生產(chǎn)力構(gòu)成的重要因素[6- 7],并且枯落物是森林土壤氮元素的主要來(lái)源[11- 15]。云南松林地土壤全氮含量在不同枯落物處理下均隨土層深度的增加而降低,且差異顯著,不同處理不同土層土壤全氮含量的差異亦受到土壤有機(jī)質(zhì)含量變化規(guī)律的影響[41]。對(duì)照處理土壤全氮含量在各土層均顯著高于其他處理,這與諸多研究結(jié)論一致[28,52],枯落物輸入變化通過(guò)減少地上/地下土壤枯落物輸入和改變枯落分解速率從而使枯落物分解產(chǎn)生的氮元素含量減少,從而導(dǎo)致土壤氮元素含量減少。

土壤全氮儲(chǔ)量與全碳儲(chǔ)量相似,都取決于土壤中該種元素含量及土壤容重,不同枯落物處理下,單位深度土壤全氮儲(chǔ)量隨土層深度的增加而降低。對(duì)照處理全氮儲(chǔ)量均高于其他處理,因此改變地上/地下枯落物輸入都不會(huì)增加土壤全氮儲(chǔ)量,枯落物的正常輸入是維持森林土壤氮庫(kù)的最佳方式。

3.2 土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤壤碳氮及分布格局的影響

植物一方面通過(guò)根系吸收土壤的營(yíng)養(yǎng)元素,一方面以枯落物的形式將C、N、P等營(yíng)養(yǎng)元素歸還到土壤,形成生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)能量循環(huán)[53],枯落物輸入變化對(duì)土壤C、N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的含量具有顯著影響。土壤C、N在生態(tài)系統(tǒng)中存在耦合關(guān)系[6- 7],C、N、P化學(xué)計(jì)量比是反映土壤養(yǎng)分狀況以及枯落物分解速率的重要指標(biāo)[42,54- 55],因此,不同處理土壤全碳含量與全氮含量極顯著正相關(guān),并且土壤全碳含量與土壤各化學(xué)計(jì)量比均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。此外,土壤容重是反映土壤的結(jié)構(gòu)狀況重要指標(biāo),與土壤的水、熱狀況密切相關(guān)[42],土壤容重的變化會(huì)影響土壤碳氮含量[56]。因此,土壤容重與土壤碳氮含量具有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

通過(guò)云南松林地枯落物添加去除實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),去除枯落物短期內(nèi)可以增加土壤碳儲(chǔ)量,其他輸入方式均在一定程度上減少了土壤碳氮儲(chǔ)量,枯落物的自然輸入是保持土壤全碳、全氮儲(chǔ)量的最佳方式,因此在森林枯落物管理中,減少人為活動(dòng)對(duì)枯落物的干擾,維持自然枯落物輸入才能更好地發(fā)揮森林的生態(tài)價(jià)值。然而,本研究觀(guān)測(cè)時(shí)間較短,而森林土壤對(duì)枯落物輸入變化的響應(yīng)具有長(zhǎng)期性,因此,枯落物輸入變化對(duì)土壤碳氮的影響還需要進(jìn)行長(zhǎng)期的研究。