模拟N沉降对粗放和集约经营毛竹林凋落物量的影响研究综述

翁 俊，许颖颖，徐 璐

(1.浙江农林大学，浙江 杭州 311300；2.江苏第二师范学院，江苏 南京 210013； 3.南京农业大学，江苏 南京 210095)

1 引言

随着农业化肥的大量使用以及畜牧业的发展，大气氮沉降激增。20世纪以来氮沉降已增长了3倍左右，并仍呈上升的趋势，全球氮沉降程度到2050年约为20世纪90年代的两倍[1]。我国已成为世界第三大氮沉降区[2]，随着我国经济的发展,氮沉降问题将越来越严重[3]。

2 研究的背景和意义

氮沉降的增加将不可避免地对生态系统产生广泛的影响[4]。毛竹林植物的重要新陈代谢产物就是毛竹林凋落物，毛竹林生态系统能量流的一个十分重要的参数也是毛竹林凋落物，其大小会影响净初级生产力的比例。毛竹林凋落物流也是毛竹林生态系统养分循环中的一个过程，影响土壤生物的生存。

我国分布最广、栽培和利用历史最悠久的竹种是毛竹(Phyllostachyspubescens)。随着林业的发展，40%～50%的毛竹林施行了集约化经营。与传统的竹林管理相比，竹林集约经营的特点是：除林下杂草，反复耕耘、施肥等。这些管理措施影响了毛竹林的凋落物动态特性的同时，也提高了毛竹林生产力和竹材产量，但影响大小尚不清楚。我国毛竹林最主要的分布区是亚热带地区[5]。自然氮沉降强度高，再加上外源施氮量，将进一步增加毛竹的氮素输入量。因此，在当前和未来如此高强度的氮沉降背景下，毛竹林凋落物量将对氮沉降作出怎样的响应？这需要通过实验研究来回答，这对于正确认识全球气候变化条件下我国毛竹林生态系统的碳汇/源特征及其在减缓气候变化中的地位和作用具有重要的理论意义和科学价值，可为全球变化潜在效应估算和模型模拟预测提供基础数据和技术参数。

3 国内外研究动态

国际上关于氮沉降对凋落物影响的研究已有很多。在中国对凋落物的研究是从20世纪60年代开始的，随着年代的进一步发展，不同树种和养分以及土壤理化性质等方面进行了多次研究，至今已触及到不同气候带的不同森林群落，包括红树林，亚热带混交林、山地雨林、阔叶红松林。20世纪90年代以后，由于全球碳循环问题在气候变暖的背景下受到广泛关注，氮沉降和凋落物动态及土壤微生物生物量和凋落物分解的研究证得到了科学观察。同时，对凋落物的影响因素和多人研究的结果进行了模拟和总结。

4 材料与方法

4.1 研究方法

采用氮沉降模拟方法，阐明不同氮沉降强度对毛竹林凋落物量的影响，为全球变化潜在效应估算和模型模拟预测提供基础数据和技术参数。

2012年在浙江省杭州市临安区青山镇建立了24块样地，并进行了编号。每块样地里随机放置6个1 m × 0.5 m的收集框。依据我国亚热带地区的实际氮沉降量及增长趋向[6，7]，氮沉降处理设置4个梯度：低氮(L, 30 kg N/ha·yr)、中氮(M, 60 kg N/ha·yr)、高氮(H, 90 kg N/ha·yr)和对照(CK, 0 kg N/ha·yr)，每个梯度设3个样方即3个重复，样方之间间隔20 m以上以防相互影响。根据氮处理梯度水平，每个月进行模拟氮沉降喷施一次，每年12次。具体方法为：每月月初将每个样方所需喷施的一定量的NH4NO3溶解在10 L自来水中(相当于年增加降水0.3 mm)，用喷雾器喷洒在林地上。对照区喷洒等量的水，但不含氮，以减少不同加水量的影响。

定期收集凋落物, 为了防止雨水和凋落物的分解，造成失重或化学成分的变化，间隔时间较短，一般为1个月，每个月底收集凋落物。将凋落物带回实验室后，烘干至恒量，根据测定的干质量, 按尺度转换成每月单位面积的凋落物产量(kg/hm2)。

4.2 技术路线

全球氮沉降增加—影响陆地生态系统功能—毛竹林凋落物量—解释氮沉降影响毛竹林碳汇/源功能的内在机理。

4.3 研究内容

主要研究在不同强度氮沉降模拟(4个梯度：对照：0 kg N/ha·yr；低氮：50 kg N/ha·yr；中氮：100 kg N/ha·yr；高氮：150 kg N/ha·yr)处理下集约经营和粗放经营毛竹林的凋落物量特征。

4.4 拟解决的关键问题

不同水平的氮沉降处理对毛竹林凋落物量影响有所不同。拟解决的关键问题是野外模拟不同强度氮沉降处理下集约经营和粗放经营毛竹林凋落物量特征。

5 研究的特色与创新之处

目前，在北美洲北部和温带森林中，氮沉降对森林生态系统的影响研究较少，在热带和亚热带地区开展的研究也很少。国内已开展的几例关于氮沉降影响森林生态系统功能的研究主要集中在鼎湖山的针阔混交林常绿阔叶林、福建杉木人工林、长白山的阔叶红松林和次生林。

截至目前，关于氮沉降对毛竹林影响的研究还比较少。毛竹林集中分布在我国的中南部地区，该区同时也是当前和今后几十年内我国乃至世界氮沉降最严重的区域，因此选择毛竹林生态系统为对象和切入点，研究氮沉降影响毛竹林凋落物量，既很有特色，又有重要的科学意义和应用价值。

[1]Galloway J N, Dentener F J, CAPONE D G, et al. Nitrogen cycles: Past, present and future[J]. Biogeochemistry, 2004, 70(2):153～226.

[2]Holland E A, Dentene F J R, Braswelli B H, et al. Contemporary and pre-industrial global reactive nitrogen budgets[C]//New Perspectives on Nitrogen Cycling in the Temperate and Tropical Americas, Springer Netherlands, 1999,46:7～43.

[3]Mo Jiangming, Brown S, XUE Jinghua, et al. Response of litter decomposition to simulated N deposition in disturbed, rehabilitated and mature forests in subtropical China[J]. Plant and Soil, 2006, 282 (1～2):135～151.

[4]Boxman A W, Blanck K, Brandrud T E.Vegetation and soil biota response to experimentally-changed nitrogen inputs in coniferous forest ecosystems of the NITREX project[J]. Forest Ecology and Management, 1998, 101(1):65～79.

[5]Song Xinzhang, Zhou Guomo, Jiang Hong, et al. Carbon sequestration by Chinese bamboo forests and their ecological benefits: assessment of potential, problems, and future challenges[J]. Environmental Reviews, 2011,19(1):418～428.

[6]Liu Xuejun, Zhang Ying, Han Wenxuan, et al. Enhanced nitrogen deposition over China[J]. Nature, 2013, 494(7438):459～462.