氮沉降对亚热带森林土壤团聚体和有机碳稳定性的影响

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随着社会经济不断发展,工业和农业活动使中国大部分地区氮沉降量不断增加。土壤生态系统作为陆地生态系统上最大的氮沉降承受者,外源氮的持续输入势必影响土壤的生物、化学和物理性质。热带、亚热带森林土壤有机碳库是全球土壤有机碳库的重要组成部分,其有机碳是否稳定与大气CO2浓度密切相关。团聚体稳定性被认为是土壤有机碳稳定性重要机制之一,对土壤有机碳起物理保护作用,减少土壤有机碳被微生物分解的机会,从而提高有机碳稳定性;反过来有机碳在团聚体形成过程中充当胶结物质,促进了团聚体的形成。因此,团聚体与有机碳之间存在相互作用的关系。土壤团聚体和有机碳均容易受到土壤生物和理化性质的影响,当氮沉降影响这些性质时,土壤团聚体和有机碳则发生变化。鉴于氮沉降驱动下土壤团聚体与有机碳相互作用的研究鲜见报道,本研究通过野外定位和室内模拟试验,着重探讨氮沉降增加条件下,亚热带森林土壤有机碳各组分的变化特征;土壤团聚体稳定性的变化以及团聚体与有机碳稳定性之间的关系。野外定位观测和试验结果显示:短期氮沉降未能显著影响表层土壤(0-10 cm)各有机碳组分(p>0.05),但减少0-5 cm层中土壤微生物碳,可溶性有机碳、热水浸提态有机碳和矿物结合态有机碳在总有机碳中的比例,这可能降低该层土壤有机碳稳定性;短期氮沉降对亚热带森林土壤水稳性团聚体内有机碳矿化不显著(p>0.05)。在各粒径水稳性团聚体中,仅有N50处理的热水浸提态有机碳含量显著高于对照(p<0.05),氮沉降对水稳性团聚体内部有机碳组分的影响总体上不显著,表明水稳性团聚体能够较好地保护其内部有机碳。亚热带森林土壤团聚体稳定性对氮沉降无显著响应(p>0.05),揭示了氮沉降未能显著影响亚热带森林土壤有机碳物理稳定性。团聚体稳定性主要受土壤有机质、铁铝氧化物、pH值的影响。室内模拟氮沉降试验结果证实氮沉降能显著促进土壤有机碳矿化,而团聚体破碎后有机碳矿化对氮沉降的响应更加明显。氮沉降能通过减少活性有机碳和增加土壤中惰性有机碳在总有机碳中的比例来提高土壤有机碳稳定性,但团聚体破碎可能降低氮沉降对土壤有机碳稳定性的促进作用。本研究结果表明,短期氮沉降对亚热带森林土壤团聚体稳定性没有显著影响,并可能促进有机碳稳定性的提高,但团聚体破碎会降低土壤有机碳稳定性。换言之,短期氮沉降对亚热带森林土壤有机碳累积具有促进作用,而团聚体稳定性在其中起重要作用。
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