生态学,碳氮循环

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—
T10/W10 0.134 0.192 0.942 -2.001 4.504 0.591
a 1.228 0.237 0.587 0.15 0.704 0.133 0.752 0.273
RS=aebTWc
b
c
R2
0.071 2.363 0.764
0.159 0.393 0.819
0.108 1.956 0.829
2009年10月分别在油松人工林和天然林收集落叶，其中天然林 收集了优势树种辽东栎落叶，将所收集的落叶放入实验室自然 风干备用。选取一小部分测量凋落物叶的初始养分情况(全碳、 全氮、全磷、全钾、Ca和Mg)。叶凋落物分解试验采用网袋法。 其中天然林又分为针叶、阔叶、针叶和阔叶混合三种处理，不 同N处理重复3次，于2010年4月随机放在各处理相应的各样地 中。每样地24袋分解袋随机埋设在6个点上。样品每3个月收一 次，每次每个样方随机取回3袋带回实验室，去掉泥沙、杂物 等，在65°C条件下烘干至恒重，再称其重量。计算凋落物残 留率和失重率，然后粉碎样品做样品分析。
表1：油松人工林不同氮处理样地的主要林分和立地特征本底值 Tab1: Background values of the stand and site characteristics in different
nitrogen treatments plots of artificial Pinus tabulaeformis forest
处理 水平
CK LN MN HN
林龄 (a)
林分特征
密度 平均胸径 平均树高 平均坡度
(株·hm-2)
(cm)
(m)
(°)
75
1258
17.8
13.1
19
75
1225
21.2
13.8
15
75
1292
20.2
11.6
19
75
1258
20.5
12.4
18
立地特征
海拔 (m)
土壤容重 土壤 (g·cm-3) PH
60 60
Atmospheric Pool 750
(stores 3.2 ?0.2 yr ? )
1.6 ?1.0
Rh
Land Use
92 90
Net = 2.0 ?0.8
Ocean 40,000
(adapted from Schimel et al., 1995)
The World's Carbon Reservoirs
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
土壤中氮素转换过程
研究目的及意义
➢ 揭示土壤碳氮动态对模拟氮沉降的响应特征和机制， 寻求太岳山油松林“N饱和点”临界点；
➢ 为推动氮沉降对碳循环影响和碳氮相互作用机理模 型的建立等提供依据；
➢ 为提高油松人工林生态系统经营和管理水平提供理 论基础。
研究方法及初步结果
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
CK
LN
MN
5.81 7.61 6.55
3.86 3.67 2.92
3.71 3.29 2.59
HN 6.82 2.75 3.22
变量
RS=aebT
RS=aW+b
Variable a
b
R2
a
b
R2
T5/W10 0.292 0.117 0.613 —
—
—
T10/W10 0.168 0.176 0.812 -1.056 3.372 0.439
0.188 0.372 0.912
0.087 1.614 0.812
0.189 -0.024 0.916
0.094 2.126 0.913
0.158 1.004 0.961
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
HN (150kg N hm-2 yr-1)
高氮
MN (100kg N hm-2 yr-1)
中氮
LN (50kg N hm-2 yr-1)
低氮
CK (0kg N hm-2 yr-1)
对照
N 36°41′42.7″ E 112°04′45.7″
N 36°40′52.2″ E 112°05′51.5″
太岳山油松林土壤碳氮动态及对模拟氮沉降的响应
汪金松 北京林业大学林学院
Anomaly(oc)
1.5
1.18
0
5.31
Anomaly(oc)
Tmean
-1.5 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
1.5
5.6
0
-0.15
Tmax
-1.5 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
在各样地内随机设置5个1m×1m的凋落物收集器，每月 底收集落在收集器上的凋落物，装入塑料袋内带回实验 室，区分针叶、阔叶、落枝、落花、落果、树皮及其碎 屑物等组分，在80°C恒温条件下烘干48h后称量。取部 分样品粉碎后测定有机C、全N、全P、全K、Ca和Mg。
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
T5/W10 0.241 0.123 0.650 —
—
Leabharlann Baidu
—
T10/W10 0.111 0.203 0.909 -1.197 3.305 0.445
T5/W10 0.297 0.108 0.647 —
—
—
T10/W10 0.136 0.188 0.916 -1.647 4.08 0.527
T5/W10 0.284 0.114 0.652 —
切根+去凋
去凋 对照
挖沟 埋石棉瓦 除草+去凋
天 然 林
人 工 林
Treat A B C
Q10 (5cm) CK LN MN 3.22 3.42 2.94 1.73 1.72 1.32 2.41 2.08 1.86
HN 3.13 1.58 2.16
Treat A B C
Q10 (10cm)
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
43.37 Tg N a-1
Gome Satellite
Sciamachy Satellite
The Global Carbon Cycle
NPP
Land plants
700
Soils 1550
Units: Stocks - Gt-C Fluxes - Gt-C yr?
5.5 ?0.5
1589
1.28 7.37
1589
1.23 7.47
1589
1.25 7.68
1589
1.26 7.74
表2：油松天然林不同氮处理样地的主要林分和立地特征本底值 Tab1: Background values of the stand and site characteristics in different
Quercus liaotungensis
Corylus mandshurica
Swida bretchneideri
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
1680
1.24 7.12
90
1567 10.64
7.8
21
1680
1.27 7.13
90
1208 13.49
7.4
25
1680
1.27 7.19
90
1225 13.38
9.0
23
1680
1.26 7.28
➢ 实验样地的布置； ➢ 模拟氮沉降试验； ➢ 油松林土壤不同层次理化性质对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物量及养分归还量对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林凋落物分解及养分释放对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林主要树种新生叶比叶面积、养分含量及对模拟氮沉降的响应； ➢ 油松林不同组分土壤呼吸动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 主要氮素转换过程的动态特征及对模拟氮沉降的响应； ➢ 氮沉降对油松幼苗生物量分配及根系形态的影响。
Reservoir
Size (Gt C)
Atmosphere
750
Forests
610
Soils
1580
Surface ocean
1020
Deep ocean
38,100
Fossil fuels
Coal
4,000
Oil
500
Natural gas
500
Total fossil fuel
5,000
影响土壤碳库变化的主要途径
nitrogen treatments plots of natural Pinus tabulaeformis forest
处理 水平
CK LN MN HN
林龄 (a)
90
林分特征
密度 平均胸径 平均树高 平均坡度
(株·hm-2) (cm)
(m)
(°)
1267 13.90
7.7
24
立地特征
海拔 土壤容重 土壤 (m) (g·cm-3) PH
第一次取样时间为2009年7月初即模拟氮沉降处理前；第二次取 样时间为2010年7月，还处于模拟氮沉降实验初期，此时取样 有利于清楚地了解氮沉降初期土壤的变化；第三次取样时间为 2011年7月，此时模拟氮沉降实验已进行两年，氮沉降对土壤 的影响已有比较明显的表现。测量土壤的容重、PH、全N、铵 态氮、硝态氮、有机质、速效磷、速效钾、交换性阳离子Mg2+、 Ca2+、K+、Na+(原子吸收分光光度计法)。取样时按“S”形取样 法分0-20cm、20-40cm和40-60cm三层取样。