模擬氮沉降對華西雨屏帶天然次生林凋落物量的影響

陳禮揚，楊 濤

(涼山州木里重點國有林保護局，四川 木里 615800)

1 引言

蒸汽機的發明使人類進入了工業革命時代，生產力的暴增產生了大量的活性氮(N)，大量活性N排入大氣中之后，經過一系列的物理或者化學反應之后，其中絕大部分活性N又返回地球各種循環系統。氮沉降可以對森林植物的生產力[1]、森林植物組成和植物多樣性[2～4]、土壤碳庫[5]等造成影響。隨著我國大氣中各種含氮物質的濃度快速地增加,它們的來源及分布也迅速擴散到了全球,并不斷地向其它生態系統聚集。有關研究表明，在1990年初，全世界陸地生態系統的活性氮沉降總數高達63.5 Tg/a，而18世紀60年代前，只有17.6 Tg/a，且氮沉降的數值仍在不斷的增長當中。據有關資料顯示,2001年我國人類活動所產生的有機體活性氮總量約為160 tg,是工業革命前的15倍。進入21世紀以來中國NH3和NOx排放量仍呈不同程度的增加趨勢。政府間氣候變化委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)預計21世紀初到2030年增加50%～100%，更有專家預計，到21世紀中葉，全球活性氮沉降將達到195 Tg N/a。

樊后保等[6]和官麗莉等[7]的研究結果反應出，在中高低不同的N含量影響之下，處在我國福建地區的森林凋落物總量，以及每月的森林凋落葉凋落數量均反應出月變化現象，并出現了季節雙峰現象，高峰分別出現在 4～5月和9～10月之間，這與國內和國外同緯度地區森林凋落葉月凋落量的季節表現情況一致。且此二人的研究還反應出，氮的持續輸入，會引起福建地區的森林凋落物總量的增長。還有一些國外學者還發現了個別區域和樹種存在三峰現象。由于生態環境系統會存在氮飽和的情況，過多的氮輸入除了會引發生態問題，還會導致森林生態系統退化。另外，持續的氮添加，可以有效抵消氮飽和引發的消極情況，促進森林提高生產能力。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

本次試驗地選擇在四川省瓦屋山國家森林公園。該森林公園處于亞熱帶地區，植被為常綠闊葉林，生物多樣性豐富多樣，位于四川一帶被稱為“華西雨屏帶”的中心。實驗地設置在瓦屋山中山區，試驗地位置相對偏僻，人煙稀少，人為干擾較小；海拔1500 m左右，常年溫度20 ℃以下，年日照較小，≤800 h，年降雨量≤2400 mm，年降雨天數達200 d左右，年均相對空氣濕度達90%左右[8]。試驗地所在地區未遭到砍伐之前為闊葉樹種林扁刺栲與中華木荷頂極群落。1956年遭到砍伐破壞，只剩下小樹苗，后通過自然修復恢復成為現貌。現如今已成為我國具有該兩種樹種的典型的常綠闊葉次生林。試驗區屬中亞熱帶地區，該地區降雨量豐富，氣候濕潤，實驗點內的氣候為典型的山地氣候類型。它的基本特點是常年潮濕多雨,氣候溫暖,低輻射。由于受地形地貌及當地氣候的影響,具有明顯的立體式氣候,從山頂到山腳四季分布。該公園境內擁有十分豐富的野生、植物等自然環境,在此期間開展的旅游以及各種科研活動都極佳[9]。

2.2 試驗設計

為了使實驗結果具有典型性和代表性，在查詢了相關氮沉降實驗資料，以及根據當地的實際情況，設置了9塊試驗樣地，為長寬均為20 m的樣方，為避免各樣方之間的影響，各樣方之間的緩沖距離>20 m。各樣地均位于山中段，北向，并且選擇的坡度都較小，均≤5°。用藥品NH4NO3進行模擬氮沉降處理，共設3個水平：對照(CK，0 g N/(m2·a))，低氮(LN，10 g N/(m2·a))，高氮(HN，25 g N/(m2·a))，其中CK、LN和HN處理均為3個重復。將年施氮量均分成12份，即：LN和HN處理每樣地每月施用NH4NO3的量分別為476.19 g和1428.57 g。每月20號左右對各樣地均勻施氮，詳細操作是，不同水平分組下，將藥品溶解于20 L水中，使用農用噴霧器將溶解液均勻噴灌在各個實驗樣方中，CK對照組只噴灑與低氮組和高氮組等容量清水。于每個水平樣方內隨機安置10個1 m×1 m的凋落物收集框，共安置90個收集框，孔徑為3 mm，深度約30 cm，距地面約0.3 m的尼龍網制成的方框[10]。

2.3 樣品采集、處理與測定

于每月20號左右收集扁刺栲-中華木荷林凋落物，不同水平分開收集，相同水平收集之后混合均勻帶回室內，測定凋落物總干重以及凋落物的組成，主要分為兩類，凋落葉和枝條花果，其中凋落葉分為中華木荷凋落葉、扁刺栲凋落葉、硬殼柯凋落葉、其它樹種凋落葉，采用烘干稱重法測量，連續收集測量1年。

2.4 數據處理

利用SPSS16.0軟件(SPSS lnc.USA)中的一般線性模型對各處理的養分元素含量數據進行重復測量方差分析(ANOVA) 利用one-way ANOVA過程對各處理之間進行調落物量與養分元素年輸入總量進行方差分析.并在α=0.05水平顯著的情況下利用LSD法述行多重比較；利用Correlation過程對各指標進行相關性分析。用 Sigmaplot10.0軟件(Systat Software Inc.,USA)繪圖。

3 結果與分析

3.1 在氮沉降下凋落物各個部分及凋落物凋落量總量的月變化規律

從2019年11月開始模擬氮沉降對凋落物量的影響連續1a的測定結果表明：在氮沉降下1、2、3月凋落物總量最低。4、5、6月凋落物總量最高，在7月至11月凋落物量持續增加，12月又開始降低(圖1)。

圖1 凋落物量總量月變化圖

凋落葉在春秋季節凋落量較高，冬夏季節凋落葉凋落量較低，但6月也較高(圖2)。

圖2 凋落葉月變化動態圖 (其中3月表示1、2、 3月3個月凋落總量)

凋落枝在冬春季節凋落量較低，在夏秋季節凋落量較高(如圖3)。

圖3(其中3月表示1、2、3月3個月凋落總量)

3.2 不同濃度氮沉降對凋落量的影響

不同的氮沉降濃度下，凋落物量差異不顯著。在對照(CK，0 g N/(m2·a))，低氮(LN，10 g N/(m2·a))，高氮(HN，25 g N/(m2·a))下，凋落物的凋落量差異在1% 左右。

4 討論

森林凋落物量是森林新陳代謝過程中的自然產物，是大自然的物質以及能量循環中重要組成環節，是森林生態系統中正常功能運轉的關鍵所在。凋落物量作為森林生態系統中的重要物質，它為分解者提

表1 不同氮水平處理下不同組分凋落物含量及占比(均值±標準差)

供了分解物質，而分解者又由此不斷地為生態系統輸出有機質，以保障生態系統得以持續循環。國內外對森林凋落物的研究，20世紀前主要集中在凋落物量的研宄,涉及的領域主要集中在凋落物量及其動態變化方面，對凋落物中的組分因氮沉降的增加而導致的變化研究甚少[11]。本試驗中各處理年凋落量均落入熱帶、亞熱帶森林年均凋落量范圍內(300～1444 g/m2)[12～14]，均高于寒溫帶和暖溫帶森林的平均凋落量(350～550 g/m2)[15]。研究還發現高氮沉降處理對凋落物量增加相對較為明顯。不同氮沉降對凋落葉和凋落枝的增加不明顯。凋落量是森林生產力的反映[13,16]，氮沉降可能促進植物生產力從而增加凋落物年歸還量。