模拟氮沉降对华西雨屏带天然次生林凋落物量的影响

陈礼扬，杨 涛

(凉山州木里重点国有林保护局，四川 木里 615800)

1 引言

蒸汽机的发明使人类进入了工业革命时代，生产力的暴增产生了大量的活性氮(N)，大量活性N排入大气中之后，经过一系列的物理或者化学反应之后，其中绝大部分活性N又返回地球各种循环系统。氮沉降可以对森林植物的生产力[1]、森林植物组成和植物多样性[2～4]、土壤碳库[5]等造成影响。随着我国大气中各种含氮物质的浓度快速地增加,它们的来源及分布也迅速扩散到了全球,并不断地向其它生态系统聚集。有关研究表明，在1990年初，全世界陆地生态系统的活性氮沉降总数高达63.5 Tg/a，而18世纪60年代前，只有17.6 Tg/a，且氮沉降的数值仍在不断的增长当中。据有关资料显示,2001年我国人类活动所产生的有机体活性氮总量约为160 tg,是工业革命前的15倍。进入21世纪以来中国NH3和NOx排放量仍呈不同程度的增加趋势。政府间气候变化委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)预计21世纪初到2030年增加50%～100%，更有专家预计，到21世纪中叶，全球活性氮沉降将达到195 Tg N/a。

樊后保等[6]和官丽莉等[7]的研究结果反应出，在中高低不同的N含量影响之下，处在我国福建地区的森林凋落物总量，以及每月的森林凋落叶凋落数量均反应出月变化现象，并出现了季节双峰现象，高峰分别出现在 4～5月和9～10月之间，这与国内和国外同纬度地区森林凋落叶月凋落量的季节表现情况一致。且此二人的研究还反应出，氮的持续输入，会引起福建地区的森林凋落物总量的增长。还有一些国外学者还发现了个别区域和树种存在三峰现象。由于生态环境系统会存在氮饱和的情况，过多的氮输入除了会引发生态问题，还会导致森林生态系统退化。另外，持续的氮添加，可以有效抵消氮饱和引发的消极情况，促进森林提高生产能力。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

本次试验地选择在四川省瓦屋山国家森林公园。该森林公园处于亚热带地区，植被为常绿阔叶林，生物多样性丰富多样，位于四川一带被称为“华西雨屏带”的中心。实验地设置在瓦屋山中山区，试验地位置相对偏僻，人烟稀少，人为干扰较小；海拔1500 m左右，常年温度20 ℃以下，年日照较小，≤800 h，年降雨量≤2400 mm，年降雨天数达200 d左右，年均相对空气湿度达90%左右[8]。试验地所在地区未遭到砍伐之前为阔叶树种林扁刺栲与中华木荷顶极群落。1956年遭到砍伐破坏，只剩下小树苗，后通过自然修复恢复成为现貌。现如今已成为我国具有该两种树种的典型的常绿阔叶次生林。试验区属中亚热带地区，该地区降雨量丰富，气候湿润，实验点内的气候为典型的山地气候类型。它的基本特点是常年潮湿多雨,气候温暖,低辐射。由于受地形地貌及当地气候的影响,具有明显的立体式气候,从山顶到山脚四季分布。该公园境内拥有十分丰富的野生、植物等自然环境,在此期间开展的旅游以及各种科研活动都极佳[9]。

2.2 试验设计

为了使实验结果具有典型性和代表性，在查询了相关氮沉降实验资料，以及根据当地的实际情况，设置了9块试验样地，为长宽均为20 m的样方，为避免各样方之间的影响，各样方之间的缓冲距离>20 m。各样地均位于山中段，北向，并且选择的坡度都较小，均≤5°。用药品NH4NO3进行模拟氮沉降处理，共设3个水平：对照(CK，0 g N/(m2·a))，低氮(LN，10 g N/(m2·a))，高氮(HN，25 g N/(m2·a))，其中CK、LN和HN处理均为3个重复。将年施氮量均分成12份，即：LN和HN处理每样地每月施用NH4NO3的量分别为476.19 g和1428.57 g。每月20号左右对各样地均匀施氮，详细操作是，不同水平分组下，将药品溶解于20 L水中，使用农用喷雾器将溶解液均匀喷灌在各个实验样方中，CK对照组只喷洒与低氮组和高氮组等容量清水。于每个水平样方内随机安置10个1 m×1 m的凋落物收集框，共安置90个收集框，孔径为3 mm，深度约30 cm，距地面约0.3 m的尼龙网制成的方框[10]。

2.3 样品采集、处理与测定

于每月20号左右收集扁刺栲-中华木荷林凋落物，不同水平分开收集，相同水平收集之后混合均匀带回室内，测定凋落物总干重以及凋落物的组成，主要分为两类，凋落叶和枝条花果，其中凋落叶分为中华木荷凋落叶、扁刺栲凋落叶、硬壳柯凋落叶、其它树种凋落叶，采用烘干称重法测量，连续收集测量1年。

2.4 数据处理

利用SPSS16.0软件(SPSS lnc.USA)中的一般线性模型对各处理的养分元素含量数据进行重复测量方差分析(ANOVA) 利用one-way ANOVA过程对各处理之间进行调落物量与养分元素年输入总量进行方差分析.并在α=0.05水平显著的情况下利用LSD法述行多重比较；利用Correlation过程对各指标进行相关性分析。用 Sigmaplot10.0软件(Systat Software Inc.,USA)绘图。

3 结果与分析

3.1 在氮沉降下凋落物各个部分及凋落物凋落量总量的月变化规律

从2019年11月开始模拟氮沉降对凋落物量的影响连续1a的测定结果表明：在氮沉降下1、2、3月凋落物总量最低。4、5、6月凋落物总量最高，在7月至11月凋落物量持续增加，12月又开始降低(图1)。

图1 凋落物量总量月变化图

凋落叶在春秋季节凋落量较高，冬夏季节凋落叶凋落量较低，但6月也较高(图2)。

图2 凋落叶月变化动态图 (其中3月表示1、2、 3月3个月凋落总量)

凋落枝在冬春季节凋落量较低，在夏秋季节凋落量较高(如图3)。

图3(其中3月表示1、2、3月3个月凋落总量)

3.2 不同浓度氮沉降对凋落量的影响

不同的氮沉降浓度下，凋落物量差异不显著。在对照(CK，0 g N/(m2·a))，低氮(LN，10 g N/(m2·a))，高氮(HN，25 g N/(m2·a))下，凋落物的凋落量差异在1% 左右。

4 讨论

森林凋落物量是森林新陈代谢过程中的自然产物，是大自然的物质以及能量循环中重要组成环节，是森林生态系统中正常功能运转的关键所在。凋落物量作为森林生态系统中的重要物质，它为分解者提

表1 不同氮水平处理下不同组分凋落物含量及占比(均值±标准差)

供了分解物质，而分解者又由此不断地为生态系统输出有机质，以保障生态系统得以持续循环。国内外对森林凋落物的研究，20世纪前主要集中在凋落物量的研宄,涉及的领域主要集中在凋落物量及其动态变化方面，对凋落物中的组分因氮沉降的增加而导致的变化研究甚少[11]。本试验中各处理年凋落量均落入热带、亚热带森林年均凋落量范围内(300～1444 g/m2)[12～14]，均高于寒温带和暖温带森林的平均凋落量(350～550 g/m2)[15]。研究还发现高氮沉降处理对凋落物量增加相对较为明显。不同氮沉降对凋落叶和凋落枝的增加不明显。凋落量是森林生产力的反映[13,16]，氮沉降可能促进植物生产力从而增加凋落物年归还量。