为探讨氮沉降及蚯蚓添加对幼苗生态系统呼吸速率的影响,本研究于2017年6—9月在山西省灵空山自然保护区的苗圃地开展实验,利用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测定了模拟氮沉降(0、50、100 kg N·hm-2·a-1,分别表示为CK、LN、HN)与蚯蚓添加处理(未添加蚯蚓处理(A)和添加蚯蚓处理(B))下,油松(Pinus tabuliformis)和辽东栎(Quercus liaotungensis)幼苗生态系统的呼吸速率。结果表明:不同幼苗生态系统呼吸速率对氮沉降处理响应不同,氮沉降对油松幼苗生态系统呼吸速率影响不显著(P>0.05),而对辽东栎幼苗生态系统呼吸速率影响显著(P<0.01);无蚯蚓添加时在低氮和高氮条件下辽东栎幼苗生态系统呼吸速率分别增加了0.61%和3.65%,蚯蚓添加时在低氮和高氮条件下分别增加了6.67%和31.82%;蚯蚓对不同幼苗生态系统呼吸速率均表现为明显的促进作用,添加蚯蚓使油松幼苗(P<0.01)和辽东栎幼苗(P<0.05)生态系统呼吸速率在CK、LN、HN处理下分别增加了16.04%、40.86%、1.15%和0.31%、6.34%、27.57%;氮沉降与蚯蚓的交互作用(P<0.05),可促进幼苗生态系统呼吸速率;蚯蚓添加下,油松各N处理下的呼吸温度敏感系数Q10值有所升高,而辽东栎的Q10值均有降低;随着施氮量的增加,油松的Q10值呈现出先下降后上升的趋势,而辽东栎的Q10值呈现出先增大后减小的趋势。
为研究土壤酶活性对氮沉降增加的响应,以山西太岳山油松人工林和天然林为研究对象,于2009年8月开始实施模拟氮沉实验,试验设置对照(CK,0 kg N hm-2a-1);低氮(LN,50 kg N hm-2a-1);中氮(MN,100 kg N hm-2a-1);高氮(HN,150 kg N hm-2a-1)4种氮处理,自2012年起每年5、7、9月在各处理样方采集表层0—20 cm土壤,测定土壤酶活性(过氧化物酶、多酚氧化酶、纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶)。研究结果表明:施氮处理下的脲酶与中性磷酸酶活性均有所提高,而低氮处理下天然林中的多酚氧化酶与人工林中的蔗糖酶显著低于对照,中氮、高氮处理下过氧化物酶、多酚氧化酶、天然林中的纤维素酶以及人工林中的蔗糖酶显著降低。总的来说,人工模拟氮沉降促进了土壤中脲酶和中性磷酸酶的活性,抑制了过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,并降低了天然林土壤中的纤维素酶活性和人工林中的蔗糖酶活性,但对天然林中蔗糖酶和人工林中的纤维素酶无影响。主导木质素降解的多酚氧化酶活性与纤维素酶、蔗糖酶活性显著相关,纤维素酶与蔗糖酶活性的下降可能是由木质素降解受到抑制,土壤微生物可利用碳源减少所引起。另外,受到天然林土壤含氮量较高的影响,与人工林相比,天然林的多酚氧化酶活性对模拟氮沉降更敏感。由于被抑制的酶均与土壤有机质降解密切相关,氮沉降增加将减缓山西油松林土壤有机质的降解,有利于有机质在土壤中的积累。
凋落物是土壤呼吸的重要碳源，氮沉降将改变其输入数量和质量，进而影响土壤呼吸。为揭示氮沉降和去除凋落物对土壤呼吸的影响，以太岳山油松林为研究对象，对林地分别作2种凋落物处理：去除凋落物（LR）、对照（CK1），设计4个施氮水平：不施氮（CK2，0 kg N·hm-2·a-1），低氮（LN，50 kg N·hm-2·a-1），中氮（MN，100 kg N·hm-2·a-1）和高氮（HN，150 kg N·hm-2·a-1），于2010—2012年生长季测定土壤呼吸速率的动态变化，并分析土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度、土壤微生物生物量C、N的关系。结果表明：随着观测年限的推移，模拟氮沉降对对照处理的土壤呼吸速率、去凋处理的土壤呼吸速率、凋落物层呼吸速率的促进作用逐渐减弱。去除凋落物使土壤呼吸速率降低了29.0%，施氮减小了去除凋落物后土壤呼吸速率的变化幅度。土壤呼吸速率与土壤温度均呈显著指数相关（P〈0.05），土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的37.3%～62.2%，去除凋落物降低了模型决定系数R2；以土壤温度和土壤水分构建的复合关系方程拟合效果均好于单因子模型，土壤温度和水分共同解释了土壤呼吸季节变化的67.6%～85.6%，并且施氮降低了去凋处理的复合模型决定系数R2，而对对照处理没有显著影响。施氮提高了土壤微生物生物量C、N，并且土壤微生物生物量C、N与土壤呼吸速率呈显著正相关（P〈0.05）。说明氮沉降、凋落物是影响油松林土壤CO2通量的两个重要因子。
为了解油松幼苗地上地下生物量分配及根系形态特征对模拟氮(N)沉降的响应,以1年生油松幼苗为研究材料,设计4个氮水平:对照(N0,0 kg hm-2a-1,以N计,下同),低氮(N1,50 kg hm-2a-1),中氮(N2,100 kg hm-2a-1)和高氮(N3,150 kg hm-2a-1),分析不同施氮水平下油松幼苗的地上地下生物量分配季节动态以及根系形态的差异.结果表明:不同氮处理幼苗总干重在不同月份呈显著变化(P<0.01),施氮明显促进幼苗生物量的增加,实验末期低氮、中氮和高氮处理相比对照处理分别使幼苗生物量增加了15.26%、23.38%和31.49%;不同氮处理幼苗叶重比、茎重比、根重比、茎叶比、根冠比、相对生长速率、根系直径、根长/生物量、根表面积/生物量、体积/生物量、根尖数/生物量的值均呈显著的月份动态(P<0.01),但不同处理间差异不显著(P>0.05),并且小细根(0
