氮磷酸添加对森林生态系统生产力及土壤呼吸的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 李勇 |
| 答辩日期 | 2017-08 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 牛书丽 |
| 关键词 | 氮沉降 磷添加 土壤酸化 森林生态系统 整合分析 净初级生产力 土壤呼吸 结构方程模型 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 英文摘要 | 氮磷被认为是陆地生态系统初级生产力的主要限制元素，然而在氮沉降背景下，持续增加的外源氮输入如何影响陆地生态系统生产力及其对磷的需求并不清楚。传统观点认为，热带森林生产力主要受到磷限制，寒温带森林生产力主要受到氮限制，处在中间纬度的暖温带森林可能受到氮磷共同限制，但该观点并没有实验验证，从亚热带到寒温带中国森林生态系统生产力的营养限制类型尚不清楚。另外，外源氮输入的持续增加会导致生态系统氮饱和现象并引起土壤酸化，对土壤呼吸等生态系统碳循环过程产生抑制作用，而氮添加及土壤酸化影响土壤呼吸的机理及相对贡献仍需进一步研究。为了回答以上几个科学问题本研究首先整合分析了全球陆地生态系统生产力对氮磷添加响应的控制试验数据，揭示了陆地生态系统磷限制的模式及氮添加如何影响生态系统生产力的磷限制；然后利用鼎湖山、鸡公山及长白山联网氮(10 g N m-2 yr-1)、磷(10 g P m-2 yr-1)及酸(0.552 mol H+m-2 yr-1)添加控制试验验证从亚热带到寒温带森林生态系统生产力的氮磷限制模式及形成机制；最后以鸡公山生态系统为例比较研究了氮添加及土壤酸化影响森林生态系统土壤呼吸组分的各种机制及相对贡献。研究结果总结如下： (1)通过整合分析50 个陆地生态系统氮磷添加控制试验的地上和地下生产力、植物和土壤磷含量及氮磷比等指标，结果表明磷的有效性限制了生态系统的生产力并且与氮限制一样普遍存在的。结果也发现磷添加促进热带森林生产力增幅最大，验证了热带森林生产力受磷限制最严重。通过进一步比较氮富集及非氮富集条件下生态系统生产力对磷添加的响应，发现氮富集条件下磷添加引起的生态系统生产力增加大于非氮富集条件下磷添加引起的生产力增加，表明氮富集加剧了陆地生态系统生产力的磷限制。具体的，磷添加分别增加地上和地下生产力34%和13%。磷肥种类、添加剂量及试验年限均影响磷添加的效果。研究表明在全球氮沉降持续增加的背景下，陆地生态系统生产力可能越来越受到磷限制。 (2)通过亚热带(鼎湖山)、暖温带(鸡公山)及寒温带(长白山)森林氮磷添加试验平台，测量大树(胸径大于15 cm)和幼树(胸径小于15 cm)的相对生长速率(RGR)、叶片磷含量及磷重吸收效率等指标。结果表明磷添加分别增加亚热带和暖温带森林幼树的相对生长速率41%和114%，但氮添加仅影响了寒温带森林幼树的相对生长速率对其它地点的幼树相对生长速率无显著影响。从亚热带到寒温带森林氮磷添加处理对大树的相对生长速率均无显著影响。在亚热带及暖温带，幼树相对生长速率与土壤速效磷含量呈显著正相关关系；而在寒温带幼树相对生长速率与土壤速效氮磷比呈二次方关系。在亚热带及暖温带森林大树及幼树叶片磷含量及磷重吸收效率均与土壤速效磷含量呈线性相关，寒温带森林幼树叶片氮磷比与土壤速效氮磷比呈线性相关。结果表明亚热带及暖温带森林幼树生长主要受到磷限制而寒温带森林幼树生长受到氮磷共同限制。这种依赖于树木胸径大小的营养限制说明以后森林生产力营养限制的研究应该考虑群落结构的影响。 (3)通过鸡公山森林氮酸添加控制试验，比较研究了氮添加及土壤酸化影响土壤呼吸及组分的途径并定量分析了各途径的贡献。结果表明氮添加及土壤酸化均降低了土壤pH0.4 个单位。土壤酸化分别显著降低土壤自养呼吸和异养呼吸达21.5-34.8%和21.9-22.7%，总呼吸也降低22.2-26.1%。但氮添加引起土壤呼吸及组分的降低幅度比土壤酸化的小。土壤呼吸的下降主要是由于土壤酸性离子(H+和Al3+)的增加及纤维素分解酶活性的降低。氮添加及土壤酸化处理对细菌、真菌及放线菌的生物量(PLFA)影响不显著，但显著增加了真菌细菌比。土壤酸化处理引起的土壤纤维素分解酶活性降幅(43-50%)也大于氮添加处理(30-39%)。并且，纤维素分解酶活性的主成分与土壤异养呼吸显著相关。结构方程模型结果发现土壤酸化对土壤自养及异养呼吸的标准化总效应均大于氮添加的效应(自养呼吸：土壤酸化与氮添加-0.51 比-0.35；异养呼吸：-0.53 比-0.01)。另外，土壤酸性离子在影响土壤呼吸中起主要作用。结果说明在氮沉降逐渐增加的背景下陆地碳循环模型应该考虑土壤酸化对碳循环的影响。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 65 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/193732]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李勇. 氮磷酸添加对森林生态系统生产力及土壤呼吸的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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