模擬氮沉降對(duì)華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落葉分解過程中基質(zhì)質(zhì)量的影響

周世興,肖永翔,向元彬,黃從德,唐劍東,韓博涵,羅 超

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,成都 611130

模擬氮沉降對(duì)華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落葉分解過程中基質(zhì)質(zhì)量的影響

周世興,肖永翔,向元彬,黃從德*,唐劍東,韓博涵,羅 超

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,成都 611130

為理解氮沉降對(duì)華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落物分解過程的影響,采用立地控制實(shí)驗(yàn)和凋落物分解袋法,研究了低氮沉降(L, 50 kg N hm-2a-1)、中氮沉降(M, 150 kg N hm-2a-1)和高氮沉降(H, 300 kg N hm-2a-1)對(duì)華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落葉分解過程中基質(zhì)質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：N沉降抑制了凋落葉的分解,并隨著N沉降量的增加,抑制作用增強(qiáng)。N沉降遏制了凋落葉的C、N釋放和纖維素降解,促進(jìn)了P釋放。N沉降提高了凋落葉的C/P比,中氮和高氮處理提高了凋落葉C/N比。N沉降顯著增加了凋落葉N、木質(zhì)素和纖維素的含量,分解1年后,各N沉降處理的木質(zhì)素/N和纖維素/N均顯著高于對(duì)照。N沉降提高了質(zhì)量殘留率與C/N、木質(zhì)素/N和纖維素/N的相關(guān)性,降低了與C/P的相關(guān)性?？梢?模擬N沉降顯著影響了華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落葉分解過程中的基質(zhì)質(zhì)量,進(jìn)而影響了凋落葉的分解過程。

凋落物分解；N沉降；基質(zhì)質(zhì)量；華西雨屏區(qū)；天然常綠闊葉林

19世紀(jì)后期以來,隨著人類進(jìn)入工業(yè)化社會(huì),化學(xué)氮肥的生產(chǎn)和使用、礦物燃料的燃燒以及畜牧業(yè)的迅猛發(fā)展,導(dǎo)致NH3和NOx(NO+NO2)大量排放,使大氣中的Nr(活性氮)含量持續(xù)升高,人為干擾下的大氣氮素沉降已成為影響全球氮素生物化學(xué)循環(huán)的重要原因之一[1- 3]。

凋落物分解過程是森林生態(tài)系統(tǒng)碳和養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵過程,受到氣候、凋落物質(zhì)量、土壤生物群落等生物和非生物因素的綜合影響[4- 5]。其中,凋落物基質(zhì)質(zhì)量是本質(zhì)因素[4,6],是影響凋落物分解的決定性因子之一。常見的凋落物基質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)有N含量、P含量、木質(zhì)素與纖維素含量、C/N、木質(zhì)素/N和C/P等[5,7]。其中C/N和木質(zhì)素/N最能反映凋落物分解速率[4,8]。N沉降改變了全球N循環(huán),也影響著森林凋落物的分解[9]。因環(huán)境不同,凋落物本身性質(zhì)差異,分解階段不同等原因[10],N沉降影響凋落物分解的結(jié)果有：促進(jìn)作用[11]、抑制作用[12- 13]和無顯著影響[14]。但以往的研究主要集中在N沉降對(duì)凋落物分解的直接影響,有關(guān)N沉降對(duì)凋落物基質(zhì)質(zhì)量的影響的報(bào)道還相對(duì)較少[15]。

華西雨屏區(qū)是一個(gè)大尺度、復(fù)合性的生態(tài)過渡帶,是我國西部地區(qū)以陰濕為主要特征的罕見氣候地理單元,是我國西部生態(tài)保護(hù)與建設(shè)的一道綠色屏障[16]。該地區(qū)降雨豐富,其特殊的地形和氣候使得來自成都平原攜帶有大量NOx和NH3的污染物隨降雨沉降下來,增加了該區(qū)域的氮沉降。有研究表明,華西雨屏區(qū)全年總N沉降量為95 kg/hm2,N沉降量較高并有逐年增加的趨勢[17]。因此,本文以華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林為對(duì)象,采用立地控制實(shí)驗(yàn)和凋落物分解袋法,通過模擬大氣N沉降,研究了大氣N沉降對(duì)該區(qū)最為典型的常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)凋落葉分解過程中基質(zhì)質(zhì)量的影響,有助于理解全球變化背景下,華西雨屏區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分解過程可能發(fā)生的變化,為研究該區(qū)天然常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)位于四川省雅安市雨城區(qū)碧峰峽風(fēng)景區(qū)(29°40′N,102°90′E),海拔977.62 m。氣候溫和濕潤,屬亞熱帶濕潤季風(fēng)型山地氣候,≥10℃年積溫5231℃,年均氣溫16.2℃,最冷月(1月)平均氣溫6.1℃,最熱月(7月)平均氣溫25.4℃,年日照時(shí)數(shù)為1039.6 h,全年太陽輻射總量3640.13 MJ/cm2,無霜期304 d,年平均降水量1772.2 mm,年蒸發(fā)量1011.2 mm。研究區(qū)內(nèi)植物種類豐富,群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜。主要樹種有木荷(Schimasuperba)、硬斗石櫟(Lithocarpushancei)、海桐(Pittosporumtobira)、潤楠(Machiluspingii)、總狀山礬(Symplocosbotryantha)、柃木(Euryanitida)、青榨槭(Acerdavidii)、大葉石櫟(L.megalophyllus)、野漆(Rhussuccedanea)、深裂中華槭(A.sinense)、利川潤楠(M.lichuanensis)、肉桂(Cinnamomumcassia)和山茶(Camelliajaponica)等。土壤類型以黃壤為主,土壤厚度>60 cm,立地條件基本一致[18]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2013年10月在四川省雅安市雨城區(qū)碧峰峽景區(qū)選擇具有代表性的天然常綠闊葉林作為研究對(duì)象,在研究對(duì)象內(nèi)建立12個(gè)3 m×3 m的小樣方,每個(gè)樣方間設(shè)>3 m的緩沖帶。華西雨屏區(qū)全年總N沉降量為95 kg N hm-2a-1,并有逐年上升的趨勢[17]。據(jù)此本試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)N沉降水平,即對(duì)照(CK, 0 kg N hm-2a-1)、低氮沉降(L, 50 kg N hm-2a-1)、中氮沉降(M, 150 kg N hm-2a-1)和高氮沉降(H, 300 kg N hm-2a-1),每個(gè)水平3個(gè)重復(fù)。將施氮量平均分成24等分,從2013年11月10日起,每15 d用NH4NO3進(jìn)行模擬氮沉降。施氮的方法是將每個(gè)樣方所需NH4NO3溶解在2 L水中,用手提式噴霧器在林地樣方50 cm高度來回均勻噴灑,對(duì)照樣方噴施2 L水以減少因外加水而造成對(duì)森林生物地球化學(xué)循環(huán)的影響[18]。

2013年10月前在闊葉林林地表面鋪上尼龍網(wǎng)收集新近凋落的凋落葉(主要樹種為木荷、硬斗石櫟和海桐),帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干,在風(fēng)干過程中將凋落葉充分混合,以保證分解袋中凋落葉組分和比例一致。稱取20.0 g自然風(fēng)干凋落葉裝入準(zhǔn)備好的尼龍網(wǎng)分解袋中(大小為20 cm×20 cm,上下表面孔徑均為1 mm×0.5 mm)。隨機(jī)取凋落袋5袋,于65℃烘干至恒重,測定凋落葉樣品的含水率和初始化學(xué)性質(zhì)。闊葉林凋落葉初始全C含量為(430.73±8.71) g/kg、全N含量為(8.32±1.14) g/kg、全P含量為(0.42±0.04) g/kg、全K含量為(13.25±0.24) g/kg、全Ca含量為(2.45±0.06) g/kg、全Mg含量為(1.36±0.07) g/kg、木質(zhì)素含量為(157.10±1.11) g/kg和纖維素含量為(122.81±8.71) g/kg。2013年11月,將事先準(zhǔn)備好的凋落袋均勻地布置在12個(gè)樣方土壤表面,相鄰凋落葉分解袋間至少保持2 cm間距以免相互影響[18]。

1.3 樣品收集

從開始模擬氮沉降起,每隔2個(gè)月收集1次凋落葉,即2014年1月、3月、5月、7月、9月和11月中旬采集,共6次。每次隨機(jī)從每個(gè)樣方中采集凋落葉分解袋3袋(即每個(gè)水平取9袋)。凋落袋取回后,小心去除泥土雜物及新生根系,帶回實(shí)驗(yàn)室65℃烘干至恒重后,稱量,計(jì)算凋落葉質(zhì)量損失。每月下旬對(duì)樣方進(jìn)行處理前,使用土壤溫度計(jì)和時(shí)域反射儀(miniTrase605OX3KI,CT,USA)測定不同處理0—10 cm土壤溫度和體積含水量,2013年11月—2014年11月的土壤溫度和含水量變化見圖1。

圖1 土壤溫度和土壤水分的月變化Fig.1 Monthly variation of soil temperature and soil moisture

1.4 指標(biāo)測定方法

將取回的凋落葉烘干稱重后,用植物粉碎機(jī)(高速萬能粉碎機(jī),FW- 100,北京市永光明醫(yī)療儀器廠)將分解袋內(nèi)一部分凋落葉粉碎并過1 mm篩,測定凋落葉中元素和木質(zhì)素、纖維素含量。全碳用外加熱重鉻酸鉀氧化法測定(LY/T1237- 1999),全氮用靛藍(lán)比色法測定(LY/T1271- 1999),全磷用鉬銻抗比色法測定(LY/T1271- 1999),木質(zhì)素、纖維素含量用改進(jìn)的酸性洗滌纖維法[19]測定。所有化學(xué)分析均作3個(gè)重復(fù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

質(zhì)量殘留率(MR)

MR=(Mt/M0) ×100%

式中,Mt為凋落葉在t時(shí)刻的質(zhì)量(g),M0為凋落葉初始干重(g)[12,19]。

利用Excel 2007完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及圖表生成,利用SPSS 20.0對(duì)每次取樣C/N、C/P、木質(zhì)素/N和纖維素/N值進(jìn)行單因素方差分析法分析(one-way ANOVA),如果差異顯著,再進(jìn)行最小顯著差異法(least significant difference, LSD)多重比較分析(P=0.05)。用Pearson相關(guān)性分析檢驗(yàn)質(zhì)量殘留率與C/N、C/P、木質(zhì)素/N和纖維素/N的關(guān)系,顯著性水平設(shè)定為P= 0.05。圖表中數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬氮沉降對(duì)凋落葉分解的影響

圖2 凋落葉分解過程中質(zhì)量殘留率的變化 Fig.2 Dynamics of mass remaining rates of leaf litter in the decomposing process各分解時(shí)間上的L、M、和H表示該處理與對(duì)照(CK)差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)

由圖2可知,在模擬N沉降處理4個(gè)月時(shí),M和H處理的凋落葉質(zhì)量殘留率顯著高于CK和L處理(P<0.05),并一直持續(xù)到分解后期。經(jīng)過1 a的分解,各處理的質(zhì)量殘留率在54.71%—63.52%之間,L、M和H處理的凋落葉質(zhì)量殘留率分別比CK高4.18%、6.53%和8.81%。重復(fù)測量方差分析結(jié)果表明,N沉降各處理均顯著增加了凋落葉質(zhì)量殘留率(P<0.05),抑制了凋落葉的分解。

2.2 模擬氮沉降對(duì)凋落葉C、N、P、木質(zhì)素和纖維素含量的影響

由圖3可知,試驗(yàn)期間各處理C含量變化較為平緩,整體表現(xiàn)下降趨勢。凋落葉分解10個(gè)月后,L、M和H處理的C含量顯著低于CK(P<0.05)；分解1年后,L、M和H處理的C含量分別比CK顯著增加了4.26%、7.36%和10.92%(P<0.05)。N含量變化表現(xiàn)為先上升后下降,分解前4個(gè)月,各處理N含量逐漸增加,而后逐漸減??；分解1年后,各N沉降處理的N含量分別比CK增加了0.96%(L)、1.92%(M)和4.26%(H)。P含量變化趨勢表現(xiàn)為穩(wěn)步上升狀態(tài),分解1年后,L和H處理分別比CK降低了7.96%和0.88%,M處理則比CK增加了1.77%。木質(zhì)素含量表現(xiàn)為先快速上升后緩慢下降,分解1年后,L、M和H處理的木質(zhì)素含量分別比CK增加了10.68%、13.65%和17.65%。纖維素含量變化不明顯,基本表現(xiàn)為緩慢下降,分解1年后,各N沉降處理的纖維素含量分別比CK增加了11.31%(L)、16.64%(M)和21.87%(H)。

重復(fù)測量方差分析表明,各N沉降處理的C、N、纖維素含量均顯著大于CK,P含量則顯著小于CK(P<0.05)。H處理的木質(zhì)素含量顯著大于CK(P<0.05),L和M處理與CK之間差異性不顯著(P>0.05)。表明,N沉降顯著抑制了凋落葉分解過程中C、N和纖維素含量的減少,抑制了P含量的增加。

圖3 各處理凋落葉分解過程中C、N、P、木質(zhì)素和纖維素的含量變化Fig.3 Variations of concentration of C, N, P, lignin and cellulose during decomposition

2.3 模擬氮沉降對(duì)凋落葉分解過程中C/N和C/P的影響

由圖4可知,試驗(yàn)期間,各處理C/N變化不明顯,C/N在46.40—58.46之間變動(dòng)；C/P基本呈減小趨勢,在332.76—1055.23之間變動(dòng)。經(jīng)過1 a的分解,L、M和H處理的C/N分別比CK增加了3.33%、5.40%和6.38%,C/P分別比CK增加了13.66%、5.59%和11.92%。重復(fù)測量方差分析表明,M和H處理的C/N顯著高于CK(P<0.05),L處理與CK差異不顯著(P>0.05)；各N沉降處理的C/P均顯著高于CK(P<0.05)。

圖4 各處理凋落葉分解過程中C/N和C/P變化Fig.4 Changes of C/N and C/P value in the decomposition process不同小寫字母表示差異達(dá)到P=0.05顯著水平

2.4 模擬氮沉降對(duì)凋落葉分解過程中木質(zhì)素/N和纖維素/N的影響

由圖5可知,試驗(yàn)期間,各處理木質(zhì)素/N基本隨分解時(shí)間的延長呈增加狀態(tài),凋落葉分解至10個(gè)月時(shí),各N沉降處理與CK之間差異顯著(P<0.05)；分解1年后,L、M和H處理的木質(zhì)素/N分別比CK顯著增加了9.67%、11.54%和12.88%(p<0.05)。而纖維素/N在分解期間變化不明顯,在10.39—18.04之間變動(dòng)。重復(fù)測量方差分析表明,M處理的木質(zhì)素/N顯著低于CK,纖維素/N顯著高于CK(P<0.05)；L、H處理的木質(zhì)素/N和纖維素/N與CK之間差異不顯著(P>0.05)。

圖5 各處理凋落葉分解過程中木質(zhì)素/N和纖維素/N變化Fig.5 Changes of lignin/N and cellulose/N value in the decomposition process

2.5 凋落葉分解過程中質(zhì)量殘留率與C/N、C/P、木質(zhì)素/N和纖維素/N的相關(guān)關(guān)系

由表1可知,凋落葉在分解過程中,各處理質(zhì)量殘留率與C/P之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05),與木質(zhì)素/N存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),與纖維素/N相關(guān)性不顯著(P>0.05)。質(zhì)量殘留率與C/N在H處理下存在顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.05),在CK、L和M 處理下相關(guān)性不顯著(P>0.05)。

隨著N沉降量的增加,質(zhì)量殘留率與C/N的相關(guān)系數(shù)逐漸增大,并在H處理下差異性顯著(P<0.05)；與C/P的相關(guān)系數(shù)逐漸減小,從CK和L的差異性極顯著到M和H處理的顯著(P<0.05)；與木質(zhì)素/N/的相關(guān)性逐漸增大,并在H處理下差異極顯著(P<0.01)。表明N沉降提高了質(zhì)量殘留率與C/N、木質(zhì)素/N和纖維素/N的相關(guān)性,降低了與C/P的相關(guān)性。

表1 質(zhì)量殘留率與C/N、C/P、木質(zhì)素/N和纖維素/N的相關(guān)關(guān)系

*P<0.05;**P<0.01

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn),N沉降顯著抑制了華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落葉的分解(P<0.05),并隨著N沉降量的增加,抑制作用增強(qiáng)。這與胡紅玲[12]、Manning[13]等的研究結(jié)果相似。這是因?yàn)镹的輸入量如果超過一定的臨界值,就會(huì)影響分解者的分解效率[20],而華西雨屏區(qū)全年總N沉降量為95 kg/hm2,N沉降量較高,并有逐年上升的趨勢[17]。外加N在凋落葉中富集后,可能已經(jīng)超過這個(gè)臨界值,N沉降打破了原有的N平衡,影響了分解者的分解效率,從而使得凋落葉分解減慢。

氮沉降可通過影響凋落物的N含量直接影響凋落物的分解,也可以通過影響森林地被物組成和凋落物化學(xué)成分間接影響凋落物的分解速[21]。本研究表明,各N沉降處理的C、N和纖維素含量均顯著大于CK(P<0.05),P含量則顯著小于CK(P<0.05)。這表明,N沉降顯著抑制了凋落葉分解過程中殘留凋落葉C、N和纖維素含量的減少,抑制了P含量的增加。在試驗(yàn)后期,各N沉降處理的木質(zhì)素和纖維素含量均顯著高于CK(P<0.05),木質(zhì)素含量較初始含量有所增加,表明N沉降增加了凋落葉中木質(zhì)素的含量。由于凋落葉中纖維素通常受木質(zhì)素聚合體的保護(hù)[22],N沉降抑制木質(zhì)素降解的同時(shí)也會(huì)抑制纖維素的降解,而凋落葉中的C主要以纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等形式存在[23]。因此N沉降抑制木質(zhì)素和纖維素降解的同時(shí)促進(jìn)了凋落葉分解過程中“碳封存”狀態(tài)[24],增加了凋落葉的C含量。本研究還發(fā)現(xiàn),模擬N沉降顯著增加了凋落葉中的N含量(P<0.05),抑制了凋落葉分解過程中N含量的減少,并隨N沉降量的增加抑制作用加強(qiáng)。這與Parton[25]和樊后保[26]等人的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)橥饧覰和木質(zhì)素及其降解中間產(chǎn)物結(jié)合生成更難以分解的復(fù)合物,導(dǎo)致凋落葉分解減慢,并使得N元素在凋落葉中積累[12],從而增加了凋落葉中N的含量。P含量變化趨勢表現(xiàn)為穩(wěn)步上升狀態(tài),N沉降顯著抑制了凋落葉分解過程中P含量的增加(P<0.05)。這與肖銀龍等[15]的研究結(jié)果不一致,模擬N沉降使得苦竹細(xì)根生物量增加和代謝活動(dòng)增強(qiáng),促進(jìn)地下部分對(duì)養(yǎng)分元素的攝入,因此N沉降增加了苦竹細(xì)根對(duì)地上部分養(yǎng)分元素的供應(yīng),進(jìn)而表現(xiàn)出凋落葉中P含量的增加。

植物體的C/N和C/P可以用來表征植物受N和P的限制格局[27],但當(dāng)N、P含量達(dá)到一定水平后,微生物的保護(hù)機(jī)制將多余的養(yǎng)分釋放到環(huán)境中[28]。一般認(rèn)為低C/N和C/P有利于分解者入侵和附生植物定植生長[29-30],從而加快凋落物分解。本研究發(fā)現(xiàn),L、M和H處理的C/P以及M和H處理的C/N均顯著高于CK(P<0.05),N沉降延緩了凋落葉分解進(jìn)程。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論認(rèn)為大多數(shù)情況下C/P>186時(shí)微生物生長受限制[31]。本研究中C/P在332.76—1055.23之間變動(dòng),凋落葉的整個(gè)分解過程均易受到P的限制,而N沉降處理使凋落葉的C/P升高,加劇了凋落葉分解過程中P的限制,抑制了微生物的生長和活性,進(jìn)而抑制了凋落葉分解。由于N沉降顯著增加了凋落葉中N含量、木質(zhì)素和纖維素的含量,因此分解1年后,N沉降處理的木質(zhì)素/N和纖維素/N均顯著高于CK(P<0.05)。

將質(zhì)量殘留率與C/N、C/P、木質(zhì)素/N和纖維素/N進(jìn)行相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)各處理質(zhì)量殘留率與C/P之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05),與木質(zhì)素/N存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。唐仕珊等[32]整合分析國內(nèi)森林凋落葉分解速率(k值)的控制因子發(fā)現(xiàn),凋落物分解速率與木質(zhì)素/N呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.001),而與C/N關(guān)系不顯著(P>0.05),木質(zhì)素/N能解釋k值變異的16.4%,而C/N僅能解釋k值變異的1.4%。這與本研究結(jié)果相似。在模擬N沉降條件下,N沉降提高了質(zhì)量殘留率與C/N、木質(zhì)素/N和纖維素/N的相關(guān)性,降低了與C/P的相關(guān)性,相對(duì)于C/N和纖維素/N來說,C/P和木質(zhì)素/N是反映凋落葉分解的良好指標(biāo)。

綜上所述,模擬N沉降顯著抑制了華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落葉的分解,增加了凋落葉基質(zhì)C、N和纖維素含量,并顯著降低了P含量,影響了凋落葉的C/N、C/P、木質(zhì)素/N和纖維素/N,加劇了凋落葉分解過程中P的限制,抑制了微生物的生長和活性,進(jìn)而延緩了凋落葉分解過程。在模擬N沉降背景下,相對(duì)于C/N和纖維素/N來說,C/P和木質(zhì)素/N是反映凋落葉分解的良好指標(biāo)。由于大氣N沉降的全球性和長期性,其對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響必然是一個(gè)長期、復(fù)雜的過程。因此,在N沉降持續(xù)增加的背景下,闊葉林凋落葉基質(zhì)質(zhì)量是如何變化的,仍需長期研究。

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基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41363009)； 國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAC07B02)； 甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目(1308RJZF290)； 敦煌研究院院級(jí)課題(201306)

*通訊作者Corresponding author.E-mail: dhlhs69@163.com

DOI: 10.5846/stxb201601030012

李紅壽,汪萬福, 詹鴻濤,邱飛,張正模,武發(fā)思.應(yīng)用氫氧穩(wěn)定同位素對(duì)極端干旱區(qū)蒸發(fā)水分來源的確定.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(22):7436- 7445.

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Effects of simulated nitrogen deposition on the substrate quality of foliar litter in a natural evergreen broad-leaved forest in the Rainy Area of Western China

ZHOU Shixing, XIAO Yongxiang, XIANG Yuanbin, HUANG Congde*, TANG Jiandong, HAN Bohan, LUO Chao

CollegeofForestry,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu611130,China

Litter, an essential component of the forest ecosystem, plays an important role in maintaining site fertility, sequestering carbon, and nursing soil biodiversity. However, the substrate quality of decomposing litter is affected by increasing nitrogen deposition mainly because of fossil fuel combustion and chemical fertilizer production and use. Theoretically, decomposition of atmospheric nitrogen may have a strong impact on litter decomposition in three ways. The first approach is that nitrogen deposition may alter the chemical components of litter by direct nitrogen addition. The second approach is that nitrogen addition can change the growth of plants and carbon and nutrient allocations in plant tissues and indirectly lead to changes in litter substrate quality. The third approach is that nitrogen deposition may result in soil acidification, and, in turn, have strong effects on litter substrate quality indirectly. To date, there is limited information on the changes in litter substrate quality due to atmospheric nitrogen deposition in the Rainy Area of Western China. To understand the effects of increasing nitrogen deposition on the litter decomposition process in natural evergreen broadleaved forests in the Rainy Area of Western China, a field litter decomposition experiment was conducted in a natural evergreen broad-leaved forest in Ya′an City. Between November 2013 and November 2014, we conducted the field experiment by using the litterbag method. Four levels of nitrogen deposition were set: control (0 kg N hm-2a-1), low nitrogen (50 kg N hm-2a-1), medium nitrogen (150 kg N hm-2a-1), and high nitrogen (300 kg N hm-2a-1). The results indicated that nitrogen deposition significantly influenced litter substrate quality, and concentrations of carbon, nitrogen, and cellulose in the leaf litter were found to increase significantly with nitrogen addition. Nitrogen deposition also affected C/P and C/N of the leaf litter; all nitrogen deposition treatments significantly increased C/P, whereas medium nitrogen and high nitrogen treatments significantly increased C/N. Since nitrogen deposition significantly increased the nitrogen concentration of the litter, exacerbating the accumulation of litter lignin and cellulose, after decomposing for 1 a, lignin/N and cellulose/N after each nitrogen deposition treatment were significantly higher than those in the control. The correlation coefficient of mass remaining of foliar litter with C/N, lignin/N, and cellulose/N was increased by nitrogen deposition, while C/P was reduced. Thus, simulated nitrogen deposition influenced the substrate quality of foliar litter in natural evergreen broad-leaved forest in the Rainy Area of Western China, and influenced the decomposition process of the litter.

litter decomposition; N deposition; substrate quality; rainy area of West China; natural evergreen broad-leaved forest

國家“十二五”科技支撐資助項(xiàng)目(2010BACO1A11)；四川省“十二五”農(nóng)作物育種攻關(guān)資助項(xiàng)目(2011NZ0098- 10)

2016- 01- 08;

2016- 04- 25

10.5846/stxb201601080054

1- 03; 修訂日期:2016- 00- 00

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lyyxq100@aliyun.com

周世興,肖永翔,向元彬,黃從德,唐劍東,韓博涵,羅超.模擬氮沉降對(duì)華西雨屏區(qū)天然常綠闊葉林凋落葉分解過程中基質(zhì)質(zhì)量的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(22):7428- 7435.

Zhou S X, Xiao Y X, Xiang Y B, Huang C D, Tang J D, Han B H, Luo C.Effects of simulated nitrogen deposition on the substrate quality of foliar litter in a natural evergreen broad-leaved forest in the Rainy Area of Western China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7428- 7435.