秦岭天然林凋落物对土壤氮素分布特征的影响

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凋落物在森林生态系统中扮演着不可或缺的角色,对土壤氮素动态变化和养分循环利用有着重要影响,但目前针对秦岭天然林凋落物尤其是凋落物输入与氮素循环关系的研究却鲜见报道。因此本研究以秦岭辛家山林区云杉林、云杉+红桦混交林及红桦林为研究对象,通过凋落物去除试验和原状土柱培养试验,分析凋落物去除与未去除对土壤氮素的影响差异,进一步了解森林凋落物对土壤氮素的作用,包括对土壤全氮含量、硝态氮含量、铵态氮含量、土壤团聚体各粒径全氮含量分布和土壤氮淋溶损失的影响,以期为秦岭地区植被保护及生态治理提供理论依据。研究表明:1、三种天然林各处理土壤的全氮含量、硝态氮含量和铵态氮含量均随土壤深度增加呈降低趋势;凋落物去除3a显著降低了三种天然林0~40 cm土层的土壤全氮含量、硝态氮含量、铵态氮含量和有机碳含量,显著增加了云杉林0~40 cm土层的土壤容重;三种天然林各处理的土壤全氮含量、硝态氮含量和铵态氮含量与土壤有机质含量均呈极显著正相关,云杉林和红桦林的土壤硝态氮和铵态氮含量与土壤含水量均呈显著和极显著关系,云杉林的土壤氮素含量与土壤容重均呈极显著负相关,红桦林的土壤氮素含量与土壤容重呈显著负相关。2、三种天然林0~10cm土层的DR0.25(大于0.25 mm的机械稳定性团聚体含量)均显著低于其他土层,三种林分中红桦林0~40 cm土层的DR0.25、WR0.25(大于0.25 mm的水稳定性团聚体含量)和MWD(平均质量直径)最高;凋落物去除3a导致云杉林和混交林10~40 cm土层的土壤团聚体稳定性显著降低,红桦林0~40 cm土层的土壤团聚体稳定性显著降低;随着土壤深度增加,三种天然林各粒径团聚体土壤全氮含量均显著降低,其中云杉林各粒径团聚体中全氮含量最高;凋落物去除3a导致云杉林0~20 cm土层各粒径团聚体中全氮含量均显著降低,混交林的0.5~1 mm和0.25~0.5mm粒径团聚体土壤全氮含量均显著降低;三种天然林≥5 mm粒径团聚体的全氮贡献率最大,其次为2~5 mm粒径团聚体,0.25~0.5 mm粒级团聚体全氮的贡献率最小;凋落物去除3a导致三种天然林0~20 cm土层的≥5 mm粒径团聚体土壤全氮贡献率显著降低。3、云杉林土壤氮素淋溶流失的主要形态为硝态氮,在上坡位和下坡位,T4(原状土柱组)处理的土壤全氮含量显著高于其他处理;在中坡位,T3(去除新鲜凋落物组)处理的土壤全氮和铵态氮含量显著高于T2(去除所有凋落物组)处理;三个坡位中,下坡位土壤的全氮含量显著高于上坡位;凋落物去除和坡位显著影响着秦岭森林土壤氮素淋溶格局,对于各凋落物处理,下坡位T2处理的土壤氮素淋溶量显著高于T4处理,三个坡位中,上坡位的全氮淋溶量最高;凋落物去除及坡位对土壤全氮淋溶量、铵态氮淋溶量和硝态氮淋溶量均有显著影响,二者存在显著的交互效应;氮素输入量与淋溶输出量之间存在明显的线性关系,其中T2和T3处理全氮输入量与淋溶输出量具有极显著的线性关系,T3处理回归方程的R2值最高(0.949),对于土壤硝态氮和铵态氮,T2处理的淋溶输入量与输出量具有极显著相关性。综上所述,凋落物去除3a显著降低了秦岭三种天然林0~40 cm土层的土壤氮素含量和有机碳含量,显著增加了云杉林0~40 cm土层的土壤容重;显著降低了秦岭三种天然林0~40 cm土层的土壤团聚体稳定性,显著降低了三种天然林0~20 cm土层的≥5mm粒径团聚体土壤全氮贡献率;云杉林土壤氮素淋溶流失的主要形态为硝态氮,凋落物去除显著增加了土壤氮素的淋溶损失量,其中上坡位的氮素淋溶损失最高,凋落物去除下的土壤全氮输入量与淋溶输出量具有极显著的线性关系。
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