降水变化、氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和微生物量碳的

1、 ( 4 : 531538降水变化、氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和土壤微生物碳的影响*方 熊1, 2 刘菊秀1 张德强1 刘世忠1 褚国伟1 赵 亮1, 2*（1中国科学院华南植物园 广州 510650）（2中国科学院研究生院 北京 100049）全球变化对土壤有机碳（SOC ）存贮与分解的影响在全球碳（C ）循环中具有重要地位. 分别通过室内土壤培养法和氯仿熏蒸法，研究了降水变化和氮（N ）添加处理对鼎湖山3种不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔混交林和1）降水量增加能够提高森林演替晚期SOC 累马尾松针叶林SOC 矿化和土壤微生物量碳（SMBC ）的影响. 结果表明：积矿化量和矿化速

2、率，而对森林演替早期SOC 累积矿化量和矿化速率没有显著影响（P >0.05）. 2）干旱条件（降水量减少）降低森林SMBC 含量，且在鼎湖山季风林表层土壤（010 cm）中SMBC 的减少达到显著水平（P <0.05）. 3）N 添加处理对鼎湖山3种森林类型SOC 累积矿化量、矿化速率以及SMBC 都没有显著影响（P >0.05）. 未来关于SOC 矿化对全球C/N比例、外源性氮输入等因素的作用. 图4 表2 参37变化响应的研究，要综合考虑土壤有机质质量、 降水变化；氮添加；有机碳矿化；土壤微生物量碳；鼎湖山CLC S714.31Effects of Precipitat

3、ion Change and Nitrogen Addition on Organic Carbon Mineralization and Soil Microbial Carbon of the Forest Soils in Dinghushan, Southeastern China*FANG Xiong1, 2, LIU Juxiu1, ZHANG Deqiang1, LIU Shizhong1, CHU Guowei1 & ZHAO Liang1, 2*(1South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, G

4、uangzhou 510650, China(2Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, ChinaSoil organic carbon (SOC mineralization and soil microbial carbon (SMBC play an important role in global C cycle. With method of incubation and chloroform fumigation extraction, the effects of precipitat

5、ion change and nitrogen (N addition on the SOC mineralization and SMBC were studied along a forest succession series including pine forest (PF, mixed pine and broadleaved forest (MF and monsoon evergreen broadleaved forest (MEBF at Dinghushan, Southestern China. The results showed that: (1 Increased

6、 precipitation could improve the mineralization of SOC in the late-successional forest plots, but the effect in the early-successional forest plots were not significant (P >0.05. (2 Less precipitation (drought resulted in lower content of SMBC in the monsoon forest soil (010 cm, while the doubled

7、 precipitation treatment had no significant effect on the SMBC content. (3 N deposition did not affect SMBC mineralization and SMBC in all of the three forests. It is important to take the quality of organic matter, C/N ratio, exogenous nitrogen and many other combined effects into consideration in

8、the future studies on the responses of SOC mineralization and SMBC to climate change. Fig 4, Tab 2, Ref 37precipitation change; nitrogen addition; soil organic carbon mineralization; soil microbial carbon; DinghushanCLC S714.31土壤是陆地生态系统最大的碳（C ）库，全球约有2011-07-13 接受日期：2011-10-28收稿日期：*中国科学院知识创新工程重要方向项目（

9、N o. K S C X 2-EW-Q-8）、国家自然科学基金项目（No. 31070439）和国家科技支撑计划项目（No. 2009BADC6B002）联合资助 Supported by the Innovation Key Program of the Chinese Academy of Sciences (No. KSCX2-EW-Q-8, the National Natural Science Foundation of China (No. 31070439, and the Key Project of the National Science & Technology

10、 Pillar Program of China (No. 2009BADC6B002*通讯作者 Corresponding author (E-mail: liangzhao1.5×1015 kg C 以土壤有机质的形式存在，大约是大气层C 贮量（7.5×1014 kg）的2倍，是陆地植被C 贮量的3倍1，其分解产生的CO 2在全球CO 2排放总量中占有相当比重2. 土壤有机碳SOC ）的存贮和分解速率决定着土壤C （Soil organic carbon，库贮量3，由外界因素引起的SOC 分解的微小变化，都可能导致SOC 库绝对量的变化，从而引起与大气碳库之间交换量的巨

11、大变化，对全球碳平衡和全球气候变化产生重大影响4. 所以，确定全球变化对SOC 存贮与分解的影响是目前陆地生态系统C 循环研究的热点之一5.研究表明，在最近100年里，土地利用方式的变化和化石燃料的大量燃烧等所造成的大气CO 2、CH 4等温室气体浓度的升高，已改变了原有大气C 的动态平衡. 由于受全球大气温室气体含量增高的影响，全球地面温度已经升高了0.74 ，并且预计到本世纪末仍将上升1.84.0 67，而全球降雨量也以每10年0.5%1%的速度在增加，且伴随着更频繁的干旱事件和更大的降雨强度7. 同时，全球水分分配状况也因此发生巨大变化8 ，IPCC 第三次评估报告指出，北半球亚热带陆地

12、地区（1030°N）每10年减少约0.3%，大部分中、高纬地区降水量每10年增加0.5%1.0% 8. 在全球CO 2浓度上升的同时，N 沉降增加也呈现出全球化趋势9. 自1961年至2000年全球N 沉降已从14 Tg a-1增加到68 Tg a-1，预计到2030年全球N 沉降量将达到105 Tg a-1 10. 事实上，在我国南亚热带地区，气温在近几十年里也明显升高，降水的年际间和季节间变率明显加大1112，并且该地区氮沉降量很高1314. 研究表明广东省珠江三角洲下风口的鼎湖山自然保护区的降水氮沉降量1989年为36 kg hm-2 a-1，10年后升至38 kg hm-2

13、a-1，这些量与欧洲和北美一些高氮沉降区的量相当15，为广东鹤山森林（8 kg hm -2 a-1）和西双版纳热带林的降水氮沉降量（9 kg hm-2 a-1）的4倍多16. 这些全球性与区域性气候变化将改变各地的温度场、蒸发量、降水量等环境因子，而这些变化正在经各种途径影响着SOC 的存贮与分解过程1719.然而在全球变化背景下，国内有关SOC 矿化以及土壤微生物量碳对降水量改变、N 沉降增加响应规律的研究很少，对降水和N 沉降等环境因子正在发生变化的我国南亚热带地区1114的森林土壤的研究则更少. 因此，针对我国南亚热带森林SOC 分解与存贮对降水量改变、N 沉降增加响应的规律进行深入探究

14、，有助于揭示土壤总有机碳对环境变化的响应规律，加深对碳循环过程的理解.我们以鼎湖山的南亚热带3个典型地带性植被（季风常绿阔叶林，针阔叶混交林和松林）的森林土壤为研究对象，通过室内土壤培养法和氯仿熏蒸法，对不同降水处理和N 添本区受西太平洋和南海海洋气流影响，属于南亚热带季风性湿润气候，年平均气温为20.9 , 年平均蒸发量1 115 mm，年平均相对湿度为81.5%，最热月（7月）平均气温为28.1 ，最冷月（1月）平均气温为12.0 . 该区降水充沛，年平均降水量为1 956 mm，降水多集中在49月，多台风雨，干、湿季明显，49月为湿季，降雨量约占全年的80%，10月至次年3月为旱季20.

15、 土壤由不同颜色、硬度与质地的砂岩、沙页岩、页岩和石英砂岩发育而成，主要土壤类型为赤红壤和红壤.实验所用土壤分别取自自然保护区内群落演替进程中不同阶段的3种森林. 1）马尾松林（以下简称松林，Pine forest ，PF ）：主要分布于保护区边缘，林地海拔50200 m，为1960年前种植的单种马尾松林，以后在自然状况下发展，马尾松是现有的唯一乔木层，林下灌木丰富，主要为桃金娘、三叉苦等，偶见荷木等阔叶树种幼苗. 该群落处于南亚热带森林群落演替的初级阶段. 土壤为砖红壤性红壤，pH 值为3.994.07，土层较薄，一般不超过30 cm. 2）针阔叶混交林（以下简称混交林，Mixed fore

16、st，MF ）：是鼎湖山面积最大的保护类型，林地海拔100250 m，由人工种植的马尾松群落被先锋阔叶树种入侵后自然发展演变而成，是马尾松林向季风常绿阔叶林演替发展的一个过渡类型，针叶树为马尾松，阔叶树种主要有荷木、锥栗和红皮紫棱等，针阔树种比例约4 : 6. 土壤为砂质壤土，pH 值为3.86，土层厚3060 cm，厚薄不均. 3）季风常绿阔叶林（以下简称季风林，Monsoon evergreen board-leaved forest，MBF ）：林地海拔250400 m，有着近400年保护历史的南亚热带地带性植被类型，整个群落属于演替的最后阶段21，群落垂直结构复杂，优势树种主要有荷木、

17、锥栗、厚壳桂和黄皮厚壳桂等. 土壤为砂页岩发育而来的水化赤红壤，pH 值为4.064.34，土层厚6090 cm.1.2.1 野外试验设计 降水改变实验：2006年12月在鼎湖山马尾松林、混交林和季风林3种类型森林中，分别设置坡度、破向、破位和地上植被类型基本一致的试验样地，每个样地设置3种处理无降水、加倍降水和自然降水（对照），每种处理3个重复，共计9个样地. 其中无降水处理和加倍降水处理的设计如下：在3种林地分别设置3 m × 3 m样地，四周用PVC 板材围起，PVC 板材插入地下15 cm，可阻止地表径流的流入. 在无降水处理样方上离地1.01.5 m处，用凹槽瓦面状透明PV

18、C 板材搭建等面积的挡雨面，从而阻止降水进入样方，形成无降水处理. 挡雨面收集的雨水（穿透雨）汇流至汇流槽，汇流槽两端封口使水流不外流. 汇流收集的雨水经若干PVC 管分流，将雨水平均分配到下坡位等面积（3 m × 3 m）样地，加上自然降水，从而形成加倍降水处理.N 沉降实验：鼎湖山人工模拟氮沉降样地于2002年10月开始建立，2003年7月开始喷氮，至今已有近8年的喷氮时间. 其中阔叶样地12个样方，混交林和马尾松林各9个. 各样方面积10 m × 20 m，样方内又分为8个5 m × 5 m的小样方. 样方之间留有足够宽的地带，以防止相互之间干扰. 实验分4

19、个处理组，分别为对照C 、低氮处理L 、中氮处理M 和高氮处理H ，分50、100和150 kg hm-2 a-1进行外加氮处理，别按0、每个处理组3个重复. 混交林和马尾松林则分别设置C 、L 、M 共3个处理，而阔叶林设置C 、L 、M 、H 共4个处理（多设置一个高氮处理是考虑阔叶林植物需求量可能较大）. 2003年7月中旬，按平常喷氮处理浓度的两倍对3个森林的样方开始进行氮处理，此后则每个月初进行氮处理. 方法是根据氮处理水平，将每个样方所施的NH 4NO 3溶解在20升自来水中（全年所增加的水量相当于新增降水0.12 mm）后，以背式喷雾器人工来回均匀喷雾，对于对照处理样方则喷洒同样

20、多的水，以尽量减少不同处理间的差异13, 22.1.2.2 土壤样品采集 2008年7月下旬，在每个试验样地内随510 cm、机选取3个点，用直径2 cm的土钻分别取05 cm、1020 cm、2030 cm和3050 cm这5个层次的土壤样品，对应层次土壤混合后装入布袋带回实验室处理. 取出样品中肉眼可见的动植物残体和石块等，并过2 mm筛，放在4 冰箱中备用，用于室内土壤培养分析.1.2.3 土壤的培养及测定 采用室内恒温培养、碱液吸收法23研究SOC 矿化动态. 把3种林型不同降水和N 添加处理的05 cm、510 cm、1020 cm土层的新鲜土壤样品150 g（换算为干土重量），用蒸

21、馏水调整其含水量为其田间饱和含水量的60%，平摊装在1 000 mL的广口瓶密封后放到温度控制在收释放出来的CO 2. 每个广口瓶内用蒸馏水10 mL保持土壤水分稳定. 在培养过程中的第7时、第31时，第3天、第7天、第14天和第21天分别取出碱液，加一定量1 mol L-1的BaCl 2，以酚酞做指示剂，用0.25 mol L-1 HCl 滴定中和没有耗尽的NaOH ，通过HCl 的消耗量来计算土壤释放CO 2量，进而算出有机碳的矿化量. 每个样品做3个重复试验. 根据SOC 矿化量和相应的释放时间可以计算出SOC 的矿化速率. 微生物生物量碳含 处理条件下SOC 累积矿化量显著高于自然降水

22、和无降水处理（P <0.05）；加倍降水对季风林土壤表层SOC 累积矿化量的影响虽然不显著，但有明显提高其表层SOC 累积矿化量的趋势. 在3种林型的510 cm土层中，除季风林土壤在培养的第3时外（P <0.05），SOC 累积矿化量在3种林型的各处理间无统图1 不同降水强度对森林土壤C-CO 2累积矿化量的影响Fig. 1 Effects of precipitation change on the emissions of forest soil organic carbon mineralization (C-CO2MEBF ：MF ：PF ：季风林；混交林；松林. 横条表

23、示标准偏差. 下同MEBF: Monsoon evergreen broadleaved forest; MF: Mixed pine and broadleaved forest; PF: Pine forest. Bars indicate standard deviation. The same below Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报 显高于混交林和松林. 在季风林深层（1020 cm）土壤中，加倍降水处理对SOC 累积矿化量显著影响仅出现在培养的第31时和第3天（P <0.05），但相对于混交林和松林加倍降水明显提高了季风林深层SOC 累

24、积矿化量；混交林深层（1020 cm）土壤除了在培养的第14时和第21天外（P <0.05），加倍降水处理对SOC 累积矿化量的影响不明显；而马尾松林深层（1020 cm ）SOC 累积矿化量在各处理间无统计学差异（P >0.05）. 整体上看，加倍降水一定程度上能促进森林SOC 的矿化，且对季风林SOC 累积矿化促进作用明显，而对松林土壤影响不大.但是对松林土壤矿化速率促进不明显.2室内培养期间，不同N 添加处理条件下不同土壤层的3种森林SOC 积累矿化量呈现逐渐增加的趋势（图3）. 方差分析结果显示，不同N 添加处理对不同土壤层各林型的SOC 累积矿化量无显著差异性影响（P &

25、gt;0.05）.2从整体上看，整个培养过程中3种森林类型的各土壤层有机碳矿化速率表现出随时间变化逐渐由高到底的变化（图4）. 但不同N 添加处理对3种森林类型的各土壤层SOC 矿化速率无统计学差异（P >0.05）. 表明氮添加处理对鼎湖山森林土壤C-CO 2矿化速率的影响不大.2由图2看出，不同土壤层的各林型SOC 矿化速率随时间变化呈现由高到低的变化趋势. 混交林表层（05 cm ）土壤，在加倍降水处理条件下能够显著提高SOC 矿化速率（P <0.05）；季风林和马尾松林表层（05 cm）SOC 矿化速率各处理间无统计学差异（P >0.05），但季风林土壤表层，在加倍降

26、水处理条件下SOC 矿化速率有明显增高. 季风林510 cmSOC 矿化速率显著高于自土层中，除在土壤培养的第3天外，然降水和无降水处理（P <0.05）；混交林和马尾松林510 cm土壤对各降水处理无统计学差异（P >0.05）. 培养期间，3种林型深层（1020 cm）土壤在不同降水处理条件下，除在季风林土壤培养的第31时和混交林土壤培养的第14天和第21天有机碳矿化速率表现出显著差异性（P <0.05）外，其余各处理间均无显著差异性. 这表明，加倍降水促进季风林SOC 矿化速率提高的趋势明显，对混交林土壤也有一定的促进作用，本试验中，土壤微生物量碳（Soil micro

27、bial carbon ，SM BC ）总含量随着森林的正向演替而逐渐增加的（表1）. 季风林和混交林土壤表层（010 cm ），在去除降水处理后SMBC 分别比自然降水处理减少了58%和60%，且在季风林05 cm 和510 cm 土层土壤SMBC 减少达到显著水平（P <0.05），而在松林以及季风林和混交林的土壤深层（1050 cm）SMBC 在各去除降水处理间没有明显差异. 加倍降水处理都在一定水平上提高了各林型SMBC 的含量，但是对不同林型不同土层SMBC 并无显著影响（P >0.05） . 可以看出，相对于加倍降水处理，去除降水处理对森林SMBC 含量2 不同降水强度

28、对森林土壤C-CO 2矿化速率的影响Fig. 2 Effects of precipitation change on the emissions rates of forest soil organic carbon mineralization应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol 3 不同N 添加处理对森林土壤C-CO 2累积矿化量的影响Fig. 3 Effects of nitrogen addition treatments on the emissions of forest soil organic carbon mineralization4 不同

29、N 添加处理对森林土壤的影响更大，且去除降水处理会比较明显地降低季风林土壤微生物量碳含量. 方差分析结果表明，不同土层的3种林型CMBC 在不同氮添加处理间无统计学上的差异（P >0.05）. 通过表2也可以看出，季风林SMBC 含量要比混交林和松林高，而混交林和 . Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报18卷 536 降水变化、 氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和. 4期 表1 不同降水强度对森林土壤微生物碳的影响 Table 1 Effects of precipitations on soil microbial carbon 森林类型 Fore

30、st MEBF 处理 Treatment CP DP NP CP DP NP CP DP NP 05 cm 204.09a 223.09a 84.79b 143.42 135.19 57.27 58.81 83.87 75.95 SD 13.64 20.94 25.59 53.72 25.68 0.16 11.22 12.64 24.36 510 cm 140.90a 150.23a 87.73b 77.55 43.57 32.84 33.48 48.34 35.89 SD 0.79 26.66 11.85 50.25 32.68 3.79 4.98 9.96 17.69 1020 cm 97

31、.34 98.92 76.73 12.52 7.45 9.53 27.97 13.97 27.26 SD 15.45 29.71 13.58 6.59 27.28 23.72 8.62 20.75 18.31 2030 cm 21.78b 62.60a 40.61ab -3.74 -12.66 20.30 9.04 14.29 8.84 SD 4.28 9.95 8.99 16.80 27.07 32.19 0.48 1.98 4.68 3050 cm 11.26 20.95 17.82 -36.78 -3.82 -13.10 SD 17.03 7.29 4.85 0.91 24.23 17.

32、30 MF PF mg/kg） . CP： DP： 表中数据是每千克干土中微生物量 （单位： 及标准差， 同列中不同的上标小写字母间差异显著 （P<0.05） 下同. SD： 标准差； 自然降水； 加倍 NP： 降水； 去除降水 Data in the table represent soil microbial biomass (unit: mg/kg in per kilogram dry soil and standard deviation. Different superscript letters in the same column indicate significant

33、 differences (P < 0.05. The same below. SD: Standard deviation; CP: Control precipitation; DP: Double precipitation; NP: No precipitation 表2 不同氮添加处理对不同林型不同土层土壤微生物量碳的影响 Table 2 Effects of nitrogen addition treatments on soil microbial carbon 森林类型 Forest 处理 Treatment CN HN MN LN CN MN LN CN MN LN 0

34、5 cm 207.93 225.46 212.45 267.91 82.44 80.22 67.20 72.18 74.30 103.38 SD 43.21 56.53 49.06 113.44 31.04 7.38 31.54 12.36 23.76 36.85 510 cm 149.75 131.21 153.17 135.24 23.82 14.25 15.13 20.95 35.87 55.53 SD 35.29 10.91 14.16 41.74 19.36 19.40 17.47 15.03 44.78 16.65 1020cm 90.31 73.21 60.43 81.60 17

35、.76 2.21 15.86 12.49 -11.01 8.75 SD 22.17 17.80 30.73 35.24 22.61 20.36 28.51 16.97 35.62 12.73 2030 cm 43.69 53.59 32.57 48.43 1.71 -21.00 -3.68 11.09 0.43 10.64 SD 7.01 21.46 8.07 21.44 6.91 51.36 10.37 11.24 11.16 12.25 3050 cm 32.73 31.23 14.91 19.58 1.86 -11.80 -4.30 5.64 13.20 -16.61 SD 8.90 1

36、9.72 10.95 5.34 4.47 1.94 18.44 0.12 6.15 25.96 MEBF MF PF SD： CN： HN： MN： LN： 标准差； 空白对照处理； 高氮添加处理； 中氮添加处理； 低氮添加处理 SD: Standard deviation; CN: Control-N; HN: High-N; MN: Medium-N; LN: Low-N 条件， 温度和水分的增加能够 促进有机碳的矿化 25. 本研究 中， 降水增加对森 林SOC矿化有一定促 进作用， 可能主要是 降水量的增 加 促 成了有 利于 SOC矿化的土壤 温 度、湿 度 环 境. 但是由于不同类

37、型森林对降水强度改变所引起的森林土 壤水分、 温度改变的调控能力的不同会对SOC矿化过程产生 影响， 相对于季风林和混交林， 松林处于森林演替初期， 结 构简单， 系统稳定性 差，对林内湿度、 度等因素的保持能 温 力弱， 而季风 林作为地带性植被， 系统稳定， 能够长时间维 持降水后林内土壤较高与稳定的湿度、 温度、 微生物等适宜 SOC矿化的环境 26， 从而使降水增加更能够促进季风林SOC 的矿化. 其次，SOC矿化过程受活性有机碳组分初始含量的 影响 27 3.2 氮添加处理对SOC矿化过程的影响 有研究认为氮添加增加了土壤有机质含量， 而更高的土 壤有机质可以支持更高以及更为持续的土

38、壤微生物活性， 同 时能使微生物制造更多的酶， 从而加速有机质的分 解 28. 也 有一些研究结果显示氮添加抑制土壤有机质的分 解 2930. 氮 添加对SOC分 解几乎没有影响的实验 结果也很多 3032. 本研 究中鼎湖山不同土层3种森 林类型SOC累积矿化量和矿化速 率都对不同的氮添加处理没有显著的响应（P>0.05）. 其可能 的原因在于： 鼎湖山背景N沉降量比较高 1315， 长期的高N沉 降引起鼎湖山土壤pH值的降低以及可交 换性阳离子浓度增 加等可能使 土壤微 生物活性以及土壤微 生物群落结 构与功 能发生耐氮适应性的改变， 从而使氮添加对SOC矿化没有明 显影响. 另一方

39、面，本研究中添加到土壤中的低分 子氮化合 物（硝酸铵）易与土壤中的碳分 子结合形成高分 子量的含碳 化合物而难被微生物利用， 这样外加氮被固定到稳定的土壤 有机库中 32, 37，从而使SOC矿化 对氮添加处 理 无明显响应. 而王红等人的研究也表明， 氮的添加对SOC矿化没有显著影 响， 随着SOC含量的增加， 土壤氮含量对土壤碳矿化产生一 ， 与季风林 相比， 马尾松林土壤有机碳总量和活性有 机碳 含 量均 较低，从而使松林对降水改变处 理的响应不明 显. 降水增加对季风林表层（05 cm）土壤有机碳矿化促进作 用不显著（P<0.05） 可能是由于不同土层淋溶作用不同、所 ， 采土样

40、的异质性等原因所导致. 以上表明降水增加能够促进 鼎湖山森林SOC矿化， 而且越往森林演替的晚期促进趋势越 明显. 应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol 4期 方 熊等 18卷 537 定 影响 30 ，这与本研究结果 基 本相符 合. 另外，SOC的分 解 4 结论 1）降水量增加能够提高森 林演替晚期SOC累积矿化量 和矿化速率， 而对森林演替早期SOC累积矿化量和矿化速率 都没有显著影响（P>0.05）. 2）去 除 降水处 理（干旱）会 降 低 森 林土壤中SMBC含 量， 且在鼎湖山季风林表层土壤（010 cm）中SMBC的减少 达到显著水平（P

41、<0.05）. 加倍降水对鼎湖山3种森林SMBC没 有显著影响. 3 氮添 加处 理 对森 林 SOC累积矿化 量、 矿化 速率以及 SMBC均无有显著影响（P>0.05）. 未来关于土壤有机碳矿化 C/ 对全球变化响应的研究， 还要综合考虑土壤有机质质量、 N比例、外源性氮输入等因素的作用. References 1 Post WM, Kwon KC. Soil carbon sequestration and land-use change: Processes and potential. Global Change Biol, 2000, 6 (3: 317328 2 Sc

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47、oil organic carbon fractions and their distribution under subtropical forests of South China. Chin J Appl Ecol (应用生态学报, 需要一 个 长期过 程 才会发 生较大的变化，本研 究的室内培 养实验周期较短， 氮添加对SOC矿化过程的影响可能还难以 显现. 3.3 降 水 强 度 变 化 和 氮 沉 降 对 土 壤 微 生 物 量 碳 （SMBC） 的影响 已有研 究认为，降水 通 过 影响土壤 水分 含 量 直接 调控 土壤的气体交换、 微生物养分供应与温度 25 ， 而土壤湿度、

48、 SOC输入等因素极易影响SMBC的含量 33. 本研究中， 温度、 去除降水（干旱）能够 减 少森 林SMBC含量，且 对季风 林森 林SMBC减少作用明显； 降水增加对SMBC影响不明显. 可能 是因为： 根据鼎湖山长期的台站观测数据及研究显示， 鼎湖 山森林土壤湿度较大（季风林 >混交林 >松林） 降水量增加 ， 虽会使土壤湿度升高， 但是土壤湿度增加范围没有达到影响 微生物活动的临界值， 从而使降水增加对SMBC无明显影响. 降水减少（干旱）引起的土壤湿度下降可能通过 对土壤气体 交换、 微生物养分供应与温度的影响而影响微生物种群格局 和活性， 从而导致SMBC的减少. 这

49、与李世清等对黄土高原红 油土实验室培养发现的土壤水分只有在干旱的条件下才会成 为微 生物活动的障碍因子的结论基 本一致 34. 其次，SMBC 含量一般受到SOC初始含量和土壤可溶性有机碳（DOC）的 影响， 季风林SOC总量和DOC含量都相对较高， 可能使季风 林土壤微生物量碳对降水减少响应更明显. 以往 的 研 究 多 表 明 氮 沉 降 的 持 续 增 加 明 显 地 抑 制了 SMBC的积累， 主要原因都归结于土壤微生物群落结构和功 能的改变 13, 35, 36 . Boxman等在NITREX项目的实验样地中发 35 现， 输入的氮几乎对真菌和细菌生物量没有任何影响 .而 本研究也

50、发现氮沉降增加对SMBC没有显著影响（P>0.05）. 原因可能在于： 地处广东省珠江三角洲下风向的鼎湖山自然 保护区的氮沉降 量已经与欧 洲和北美一些高氮沉降区的量 相当 15 . 在长期的高 N沉降背景下，尽管土壤 有机物含量增 加， 但不易被土壤微生物分 解利用成分增多 32, 37， 从而影响 SMBC的形成. 同时， 高N沉降导致鼎湖山土壤pH值的降低、 可交 换性阳离子浓 度 增 加等， 可能使 土壤 微 生物的 活性以 及 土壤微 生物 群落结 构发 生耐氮 适 应性的改变，从而造成 SMBC对不同氮添加没有显著响应. 另外， 本研究中氮添加对 SMBC影响与其他研究结果的

51、不同， 也可能在于室内温 度、 湿度等因素比较单一， 微生物失去了对野外复杂环境因子交 互作用的复杂响应. 氮添加可能抑制了SMBC的积累， 但其他 环境因素也可能促进土壤微生物量碳的积累. 各种因素综合 作用可能使SMBC增加量或减少量相互抵消. Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报 18卷 538 降水变化、 氮添加对鼎湖山主要森林土壤有机碳矿化和. 4期 2010, 21 (5: 1210 1216 12 Huang YH (黄钰辉. Effects of soil temperature and moisture changes on soil surf

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