不同施氮水平下杜鵑灌叢土壤呼吸通量與季節(jié)動(dòng)態(tài)的響應(yīng),植物學(xué)論文摘要為探究灌叢生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大氣氮沉降的響應(yīng)，2020年1月至2020年9月，對(duì)湖南大圍山杜鵑〔Rhododendronsimsii〕灌叢群落進(jìn)行了短期模擬氮沉降試驗(yàn)，施氮濃度分別為0〔CK〕、2〔LN〕、5〔MN〕和10〔HN〕gm^2a^1.利用LI-8100土壤碳通量測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定土壤呼吸速率，并測(cè)定不同氮處理下根系生物量增量和凋落物量。結(jié)果表示清楚：該地區(qū)土壤呼吸呈現(xiàn)明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)，夏季土壤呼吸最強(qiáng)，冬季最弱。CK、LN、MN和HN處理樣地每年通過土壤呼吸釋放的CO2量分別為2.37、2.79、2.26和2.30kgCO2m2.CK、LN、MN和HN處理下，年平均土壤呼吸速率分別為1.71、2.01、1.63和1.66molCO2m^2s^1,LN處理樣地的年均土壤呼吸速率與對(duì)照樣地相比增加了17.25%,MN和HN處理則比對(duì)照樣地稍低。施氮增加了根系生物量增量和凋落物量，但沒有到達(dá)顯著水平。土壤呼吸速率與5cm土壤溫度呈顯著指數(shù)相關(guān)關(guān)系，與5cm土壤的含水量呈顯著線性相關(guān)關(guān)系。CK、LN、MN和HN處理下，土壤呼吸的溫度敏感性〔Q10〕值分別為3.96、3.60、3.71和3.51,表示清楚施氮降低了溫度敏感性。氮添加導(dǎo)致的根系生物量增加是引起該區(qū)域土壤呼吸速率變化的一個(gè)重要原因。本文關(guān)鍵詞語土壤呼吸的溫度敏感性；土壤溫度；土壤含水量；根系生物量；凋落物生物量。由于化石燃料的燃燒和施肥等人類活動(dòng)的影響，大氣氮沉降〔NH+4-N和NO?3-N〕在過去的一個(gè)世紀(jì)急劇增加〔IPCC,2020〕。在亞洲，由于工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，活性氮的使用和釋放從1961年的14Tga1增加到2000年的68Tga1,估計(jì)到2030年將到達(dá)105Tga^1〔Zhengetal.,2002;Denmanetal.,2007〕。中國(guó)的大氣氮沉降也經(jīng)歷了快速的增長(zhǎng)，而且有不斷發(fā)展的趨勢(shì)〔Liuetal.,2018〕，一些亞熱帶地區(qū)森林的氮沉降量到達(dá)了3073kghm^2a^1〔Moetal.,2006〕。低水平的大氣氮沉降能夠刺激植物的生長(zhǎng)，增加植物對(duì)大氣中碳的吸收，進(jìn)而緩解全球氣候變化〔Pregitzeretal.,2008;Thomasetal.,2018〕。但是過度的大氣氮沉降會(huì)產(chǎn)生很多負(fù)面的生態(tài)學(xué)影響，比方土壤酸化〔Maskelletal.,2018〕和生物多樣性的喪失〔H?gbergetal.,2006〕。大氣和土壤中的氮素積累已在很大程度上改變了區(qū)域和全球環(huán)境，影響了陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)〔Luoetal.,2006〕，進(jìn)而對(duì)將來的氣候變化產(chǎn)生影響〔Melilloetal.,2002〕。陸地生態(tài)系統(tǒng)的大部分碳儲(chǔ)存于土壤中。已有的研究顯示，全球植物和土壤的碳儲(chǔ)量分別為560Pg〔Forsteretal.,2007〕和3300Pg〔Tarnocaietal.,2018〕。土壤呼吸是CO2從陸地生態(tài)系統(tǒng)返回到大氣中的主要途徑〔SchlesingerAndrews,2000〕。CO2的主要來源是根系和根際微生物呼吸、土壤微生物和土壤動(dòng)物呼吸。作為大氣和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的第二大碳交換途徑，土壤呼吸每年向大氣中釋放的碳量高達(dá)6898Pg〔Raichetal.,2002;Bond-LambertyThomson,2018〕，在調(diào)節(jié)大氣CO2濃度和地球的氣候變化方面發(fā)揮著重要作用。因而，土壤呼吸的稍微變化就會(huì)對(duì)全球的氣候和環(huán)境產(chǎn)生劇烈的影響〔DavidsonJanssens,2006〕。導(dǎo)致全球變化的主要因子〔如氮沉降的增加和CO2濃度的上升〕在很大程度上影響了土壤呼吸速率〔Bowdenetal.,2004;Dengetal.,2018〕，因而，理解全球變化下土壤呼吸的反響機(jī)制對(duì)于預(yù)測(cè)將來的氣候變化特別必要。固然國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤呼吸對(duì)氮沉降反響的研究已有很多，但由于生物區(qū)系類型、環(huán)境條件和試驗(yàn)方式方法不同，模擬氮沉降對(duì)土壤呼吸的影響至今沒有統(tǒng)一結(jié)論〔Craineetal.,2001;Moscatellietal.,2008;XuWan,2008〕。值得注意的是，當(dāng)前關(guān)于氮沉降對(duì)土壤呼吸的影響的研究大多是在森林和草原進(jìn)行的，灌叢生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在我們國(guó)家的分布面積僅次于草地而高于森林〔胡會(huì)峰等，2006〕，但對(duì)其土壤呼吸的研究還較為缺乏，關(guān)于亞熱帶灌叢土壤呼吸的研究更是少見。在灌叢生態(tài)系統(tǒng)中，植被組成不同于森林和草原，其本底土壤呼吸值是多少，對(duì)氮沉降怎樣響應(yīng)？這些問題至今還不清楚。從胡會(huì)峰等〔2006〕對(duì)中國(guó)主要灌叢植被的研究能夠得知，中國(guó)灌叢面積近2108hm2,約有一半分布在亞熱帶區(qū)域。而杜鵑〔Rhododendronsimsii〕作為廣泛分布的物種，在我們國(guó)家絕大部分省區(qū)均有生長(zhǎng)?；诖?，本研究選擇我們國(guó)家亞熱帶山地杜鵑灌叢作為研究對(duì)象，討論不同施氮水平下土壤呼吸通量和季節(jié)動(dòng)態(tài)的響應(yīng)，并分析土壤呼吸與土壤溫度和土壤含水量的相關(guān)關(guān)系，以期為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)環(huán)境變化與土壤呼吸之間的關(guān)系提供理論根據(jù)。1材料和方式方法。1.1研究區(qū)域自然大概情況。研究地位于湖南瀏陽(yáng)大圍山自然保衛(wèi)區(qū)，地處羅霄山脈北段，山脈近東西走向，以中山地貌為主。地理位置為28.3528.48N,114.03114.22E,土壤主要為山地黃棕壤。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫1116℃，無霜期243天，年降水量18002000mm,年相對(duì)濕度高于83%.植被區(qū)劃上，研究地位于中亞熱帶常綠闊葉林北部亞地帶，地帶性植被為常綠闊葉林〔吳征鎰，1980〕。因長(zhǎng)期的人為及自然干擾，尤其是1958年成立國(guó)有林場(chǎng)后，大量的砍伐使得森林植被遭到空前的毀壞，直到20世紀(jì)80年代末期，林場(chǎng)實(shí)行封禁管理，植被才得到有效恢復(fù)〔李家湘等，2021〕?，F(xiàn)今海拔1200m以上的地帶逐步由灌草叢演替成中山山地灌叢，建群種主要有杜鵑〔Rhododendronsimsii〕、湖南白檀〔Sym-plocospaniculata=Symplocoshunanensis,又稱白檀〕、四川冬青〔Ilexszechwanensis〕、水馬?！瞁eigelajaponicavar.sinica=Weigelajaponica,又稱日本錦帶花〕、圓錐繡球〔Hydrangeapaniculata〕等。華而不實(shí)以杜鵑為主的灌叢最具優(yōu)勢(shì)。本試驗(yàn)即選擇了海拔1400m左右的杜鵑灌叢群落作為研究對(duì)象，群落中杜鵑和湖南白檀的重要值將近80%.草本層的蓋度約40%,華而不實(shí)以短尖薹草〔Carexbrevicuspis〕、香港雙蝴蝶〔Tripterospermumnienkui〕和芒〔Miscanthussinensis〕等占優(yōu)勢(shì)〔李家湘等，2021〕。試驗(yàn)樣地的土壤理化性質(zhì)見表1.1.2樣地設(shè)置。在湖南瀏陽(yáng)大圍山國(guó)家森林公園海拔1400m左右的位置，選擇分布面積最大的杜鵑灌叢設(shè)置樣地，要求地形起伏不大，保證群落組成一致，生境一致。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，選取4個(gè)5m5m的小區(qū)組成一個(gè)區(qū)組，整個(gè)試驗(yàn)樣地由3個(gè)區(qū)組組成，小區(qū)之間和區(qū)組之間的距離分別在5m和10m左右。樣地四周設(shè)置10m以上的緩沖帶，避免外界的干擾。參照該區(qū)域的實(shí)際氮沉降量〔18.2338.88kghm2a1,LueTian,2007〕，每個(gè)區(qū)組的4個(gè)小區(qū)分別設(shè)置對(duì)照〔CK,0gm^2a1〕、低氮〔LN,2gm^2a^1〕、中氮〔MN,5gm^2a^1〕和高氮〔HN,10gm^2a^1〕4種處理，每種處理3個(gè)重復(fù)。從2020年8月起，在植物生長(zhǎng)季節(jié)〔311月〕每月施氮1次，將年氮添加總量平均分配到每個(gè)月。根據(jù)不同的養(yǎng)分梯度，將NH4NO3溶于20L水中