氮是丛林生态系统营养轮回中最为复杂的元素之一， 对丛林生态系统具有进犯道理[1]。氮千里降向丛林生态系统中输入了大批的活性氮巨屌 twitter， 已对丛林生态系统各个经由产生了渊博的影响[2]， 瞻望到2050年其影响进度将赓续加多50%-100%[3]。面前氮千里降已成为外洋上生态和环境范畴的研究热门之一， 且我国也已成为仅次于欧洲和好意思国的第三大氮千里降区[4]， 左证2014年出书的对于氮千里降的研究专著中监测数据高傲：我国高氮千里降区麇集在经济说明地区， 氮千里降量边界为25.01-59.97 kg N hm-2 a-1；西北地区氮千里降量边界为1.72-10.00 kg N hm-2 a-1；东北地区氮千里降量变化边界为5.01-25.00 kg N hm-2 a-1[5]。因此， 我国氮千里降情状已相称严重， 但当今对于氮千里降对丛林生态系统影响研究成果仍存在较大的不合[6]。
丛林泥土是丛林生态系统中最大的碳库， 在大家碳轮回经由中起着进犯的作用[7]。面前大家碳轮回研究中一个要道的科常识题是碳汇的踱步及驱动机制， 以往研究发现， 氮千里降下泥土碳储量的演变标的存在不合， 包括加多、缩小或不变等3种论断[8]。大气氮千里降输入提升了生态系统中氮素灵验性， 成功影响林木根系滋长及泥土微生物群落数目和构成， 进而影响泥土碳轮回[9]。泥土碳储量的变化主要取决于泥土碳输入和输出两个经由间的均衡， 而泥土呼吸是泥土碳输出的主要经由之一[10-11]。研究标明， 氮千里降通过改造泥土性状， 成功或曲折影响自养呼吸[12]和异养呼吸[13]， 进而影响林分泥土呼吸。由于泥土呼吸的影响要素较多， 泥土呼吸的研究较为复杂， 氮千里降对泥土呼吸影响的研究成果存在不合。以往研究标明亚热带和热带丛林生态系统中氮添加导致泥土呼吸平均缩小了3.4%， 而在温带丛林中氮添加对泥土呼吸则无权臣影响[11]。分析其原因， 可能与林分泥土运行氮含量筹议， 大多数热带和亚热带丛林为氮丰富的生态系统， 疏淡氮输入使泥土氮满盈， 最终导致生态系统植被地下根系分派减少， 缩小自养呼吸[14]， 同期氮千里降下其丛林生态系统中泥土酸化也可能导致微生物受禁绝， 缩小异养呼吸[15]。研究标明， 我国温带丛林泥土呼吸对氮千里降呈非线性反馈， 低氮促进而高氮禁绝[11]。可是， 不同林分对环境的合适才气也存在互异， 导致林地氮丰富或盘曲的阈值界定较为困难。以往研究不同丛林生态系统处于不同征象区[16-17]， 无法准确评估不同林分泥土呼吸对氮千里降的反馈互异[10]。
本研究通过对黑龙江省东北林业大学帽儿山实验林场的白桦(Betula platyphylla)次生林， 以及水曲柳(Fraxinus mandschurica)、红松(Pinus koraiensis)、长白落叶松(Larix olgensis)东说念主工林进行2年不同水平的氮添加现实， 通过分析团结地区不同林分类型泥土呼吸过头温、湿度敏锐性对氮添加的反馈互异， 旨在探讨不同林分碳输出经由对氮添加的反馈互异， 最终为丛林生态系统保护提供表面依据。
1 材料和设施 1.1 研究地区梗概研究场地位于黑龙江省东北林业大学帽儿山实验林场尖砬沟丛林栽植实验站(127°30′-127°34′ E， 45°21′-45°25′ N)， 海拔高度500 m傍边， 坡度为10°-15°， 属寒温带大陆性季自得象区。该地区年均气温2.8 ℃， 1月平均温度-19.6 ℃， 7月平均温度20.9 ℃。年平均降水量723 mm， 年平均挥发量1094 mm。无霜期120-140 d， ≥10 ℃的积温2526 ℃[18-19]。
该地区植被属于长白山植物区系。地带性植被为阔叶红松林， 现有丛林多为原始植被经过反复自便后酿成的东说念主工林和自然次生林[20]。本研究供试林分为27年生水曲柳、红松和长白落叶松东说念主工林(1986年造林， 株行距1.5 m×2.0 m)以及换取林龄的白桦次生林。2013年探访成果， 白桦、水曲柳、红松、长白落叶松林平均胸径分别为12.8 cm、8.9 cm、9.2 cm、15.7 cm；各林分平均树高分别为15.7 m、13.4 m、9.3 m、19.1 m。该地区地带性泥土为暗棕壤， 白桦、水曲柳、红松、长白落叶松林泥土平均厚度40-60 cm[18]， 2012年通过预实验测得该地区年湿千里降量为21.5 kg N hm-2 a-1， 且NO3--N和NH4+-N比值接近1。各林分泥土基本理化性质见表 1。
孙悦车震门 1.2 现实样地建造2013年5月分别在白桦次生林和水曲柳、红松、长白落叶松东说念主工林林分中建造样地， 每个林型内建造3块样地(20 m×30 m)， 每块样地间距离10 m以上。在林分样地内沿对角线标的建造4个5 m×5 m小样方进行模拟氮添加现实(各小样方之间距离5 m)， 共4个责罚， 模拟氮添加梯度参照国表里氮千里降水平[21-23]以及该地区2012年预实验测得的年湿千里降氮量进行设定， 罗致NH4NO3四肢供氮肥料。4个氮添加责罚分别为：对照(CK， 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)。模拟氮添加经由罗致屡次均匀喷洒景色进行， 屡次喷洒使氮输入更接近于大气氮千里降经由， 喷洒既不错模拟降雨经由将氮带入泥土， 同期也更为均匀。2013-2014年麇集两年， 从6-10月， 将每个责罚的年施氮量中分为5份， 每月初施肥1次。具体操作设施是， 将氮肥溶于2 L水中， 使用喷雾器在对应样地内均匀喷洒， 对照喷洒净水。喷洒操作特别于每年加多4 mm的降雨， 对于该地区降雨量来讲， 不错忽略其水分加多对林分产生的影响。通盘泥土取样以及筹议筹画测定均在每次施肥操作之前进行。
2013年5月在白桦、水曲柳、红松、长白落叶松林分中各氮添加责罚样地内建造5个泥土呼吸环， 就地建造于氮添加样地内。呼吸环罗致内径为10.2 cm， 高10 cm的PVC管， 将其一部分插入泥土， 线路大地部分约为2 cm傍边。林分中共设定240个泥土呼吸环巨屌 twitter， 吊销呼吸环内植被和凋落物， 测定隔绝期约30 d(左证天气情况作念相应疗养， 以摒除天气对测定产生的影响)， 每次测定需要4 d完成。为了减小日温度对泥土呼吸的影响， 需要在尽可能短的时安分完成成组样地(氮添加责罚和对照)的测定。
1.3 根生物量密度测定2014年8月在各氮添加样地内就地登科6个点， 用内径53 mm的土钻取0-20 cm土样， 将该土样放入已编号的自命袋内。样品带回萧索实验站后， 用活水冲洗、撤离泥土和杂物， 左证外形、激情和弹性鉴识剔除死根后， 将小于2 mm细根放入塑料袋内， 低温冷冻保存。带回实验室后将样品烘干至恒重(70 ℃)， 测定其生物量， 然后狡计氮添加责罚下各林分细根生物量密度[18]。
1.4 泥土微生物量碳测定泥土微生物量碳测定：罗致氯仿熏蒸浸提法。称取20 g崭新土样放于100 mL烧杯中， 同期将盛有60 mL的去酒精氯仿溶液的小烧杯整个放入真空干燥器内， 在干燥器底部加入极少温水和1 mol/L NaOH溶液。用真空泵抽真空使氯仿合手续欢欣2 min。关闭阀门， 将干燥器放入25℃的生化培养箱中培养24 h。取出氯仿及干燥器底部的碱液， 再用真空泵反复抽气， 去除残留氯仿。责罚后的土样转入100 mL三角瓶中， 加入40 mL， 0.5 mol/L硫酸钾溶液， 在25℃水浴恒温回荡(200 r/min)30 min后过滤， 同期作念无氯仿熏蒸的空缺现实， 再用0.45 μm滤膜抽滤， 滤液用TOC自动分析仪(luqui TOCII， Elementer， Germany)测定[24]。
1.5 泥土呼吸测定搁置PVC呼吸环后， 于2013、2014年5-10月， 罗致LI-6400泥土碳通量测量系统(6400-09)对泥土呼吸速度进行测定。泥土呼吸速度于每月月初选拔清朗天气进行测定， 3-5次轮回的平均值为1个测定点的呼吸值。测定泥土呼吸速度同期， 撤离上层腐殖质， 用数字瞬时温度计(11025， Delta TRAK， Inc.， USA)测定泥土(5 cm、10 cm)温度， 用泥土水分速测仪(TDR-300， Spectrum Technologies， Inc.， USA)测定泥土(5 cm、10 cm)湿度。
各月泥土呼吸测定后， 所得数据为每个测定点在不同期段的泥土呼吸速度值。泥土呼吸速度与泥土温度的单要素指数模子为Rs=aebT， 式中Rs为泥土呼吸速度(μmol m-2 s-1)， T为泥土温度(℃)， a、b为悉数。Q10值狡计设施为：Q10=e10b， 式中b是泥土呼吸与温度单要素指数弧线模子Rs=aebT中的温度反应常数。泥土呼吸速度与泥土湿度的单要素线性模子为Rs=kW+c式中W为泥土体积含水量， c、k为悉数[25]。
1.6 数据分析数据通过Excel(Microsoft 2013， USA)整理， 罗致SPSS 18.0 (SPSS Inc.， USA)进行统计分析， 罗致Sigmaplot 10.0(SYSTAT Software Inc， USA)作图。数据罗致单要素(氮添加责罚)方差分析， 同期进行Duncan和LSD方差权臣性测验。
2 成果与分析 2.1 氮添加责罚对根生物量密度、泥土微生物量碳的影响氮添加责罚权臣影响4种林分根生物量密度。与CK比较， LN责罚下白桦、长白落叶松、红松林分中根生物量密度呈加多的趋势， 水曲柳林呈下落的趋势， 但均未达到权臣水平；MN责罚除白桦林分外， 均权臣缩小了其他林分根生物量密度；HN责罚权臣缩小了通盘林分根生物量密度(表 2)。不同林分泥土微生物量碳浓度随氮添加量递加均呈先加多后缩小的趋势。与CK比较， LN责罚均权臣提升了各林分泥土微生物量碳浓度；MN责罚权臣提升了水曲柳和长白落叶松林泥土微生物量碳浓度， 其他林分互异不权臣；HN责罚仅权臣提升了水曲柳林泥土微生物量碳浓度， 其他林分均不权臣(表 2)。
2.2 氮添加责罚对泥土呼吸的影响不同林分年平均泥土呼吸速度均随氮添加量递加呈先高涨后下落的趋势。2013年除红松林分外， 氮添加责罚对其他3种林分泥土呼吸速度无权臣影响(图 1)。2014年， 与CK比较， LN责罚权臣提升针叶林(红松和长白落叶松)泥土呼吸速度；MN责罚与CK比较， 长白落叶松林泥土呼吸速度权臣缩小；各林分HN责罚泥土呼吸速度均权臣低于LN责罚。白桦林泥土呼吸速度HN责罚较LN责罚权臣缩小了20.63%(P < 0.05)；水曲柳林泥土呼吸速度HN责罚较LN和MM责罚分别缩小了31.35%(P < 0.05)、32.01%(P < 0.05)；红松林泥土呼吸速度CK、MN和HN责罚较LN责罚分别缩小了11.39%(P < 0.05)、17.08%(P < 0.05)、19.93%(P < 0.05)；长白落叶松林泥土呼吸速度LN责罚较CK加多了9.53%(P < 0.05)， MN和HN责罚较CK分别缩小了12.54%(P < 0.05)、18.13%(P < 0.05)(图 1)。
2.3 氮添加责罚下泥土呼吸与根生物量和微生物量筹议性分析泥土呼吸与根生物量和微生物量之间的Pearson筹议性分析发现， 氮添加责罚下4种林分中细根生物量密度与泥土呼吸速度呈极权臣正筹议(P < 0.01)， 而微生物量碳浓度与泥土呼吸速度无权臣筹议性(P>0.05)(表 3)。
2.4 氮添加责罚下泥土呼吸与泥土温度和湿度的筹议性分析氮添加责罚下， 4种林分中泥土呼吸速度与泥土温度的筹议性均达到权臣水平(P < 0.01)(表 4)。5 cm处泥土呼吸Q10值均低于10 cm处泥土呼吸Q10值。5 cm、10 cm处泥土呼吸Q10值均在LN责罚下最大， 从高到低步调均为LN>CK>MN>HN。5 cm处LN责罚下泥土呼吸Q10值较CK提升了2.65%， MN和HN责罚下泥土呼吸Q10值较CK分别缩小了2.98%， 6.29%。10 cm处LN责罚下泥土呼吸Q10值较CK提升了3.12%， MN和HN责罚下泥土呼吸Q10值较CK分别缩小了4.16%， 5.46%(表 4)。氮添加责罚下， 4种林分中泥土呼吸速度与泥土湿度的筹议性均未达到权臣水平(P>0.05)(表 5)。
3 谈论泥土呼吸是地下碳轮回的主要指点因子[26]。通过比较2013、2014年平均泥土呼吸速度变化轨则发现2013年氮添加责罚对泥土呼吸的影响较弱(图 1)， 原因可能为生态系统中根系及微生物对氮添加的反馈存在滞后情状， 因此， 本研究主要针对2014年泥土呼吸对氮添加的反馈张开谈论。与CK比较， LN责罚权臣提升了针叶林泥土呼吸， 而阔叶林无权臣影响(图 1)。以往研究标明， 低氮责罚促进根生物量加多[11]， 但不同林分根生物量对氮添加的反馈存在互异(表 2)；同期氮添加下针叶林较阔叶林泥土酸化进度可能更为显着， 导致其异养呼吸的反馈进度也存在互异[27]。本研究发现阔叶林较针叶林根生物量密度较大(表 2)， 导致阔叶林分对氮添加的反馈进度更为敏锐， 可能低于LN责罚时丛林泥土呼吸速度才会出现权臣加多的作用[28]。以往研究也发现， 林分根生物量密度对异养呼吸存在是非影响[29]， 因为植物根系和微生物之间对碳源的期骗存在竞争相干[30]。根生物量密度较大林分， 氮添加责罚财提升根凋落物碳输入(表 2)， 加多微生物的可能碳源， 导致氮添加对根生物量密度较大林分异养呼吸速度禁绝作用镇定。4个林分中HN责罚下泥土呼吸速度均权臣低于LN责罚(图 1)， 标明高氮责罚禁绝泥土呼吸。原因可能是高氮责罚下林分受命滋长政策轨则减少根生物量分派， 根呼吸缩小；同期高氮责罚下泥土酸化严重， 禁绝微生物活性显着， 异养呼吸下落[11]。详尽以上成果不错得出氮添加对泥土呼吸的影响取决于根呼吸和异养呼吸二者的均衡作用。可是本研究中通过筹议性分析发现氮添加下泥土呼吸速度与林分细根生物量密度呈极权臣正筹议(P < 0.01)， 与微生物量碳浓度无权臣筹议相干(表 3)， 标明短期氮添加责罚主要通过影响根系滋长及分派， 进而影响泥土呼吸。
在大家变化布景条目下， 了解大家变化中(如征象变暖及降雨分派变化等)协同作用对泥土碳储量的影响有进犯的道理[6， 31]。氮添加对泥土呼吸的温、湿度敏锐性的影响不错评价温、湿度和氮添加对泥土呼吸协同效应。本研究发现， 氮添加责罚对泥土呼吸与湿度筹议性无权臣影响， 标明氮添加责罚和泥土湿度协同效应较弱。可是， 4种林分中5 cm、10 cm处泥土呼吸Q10值均在LN责罚下达到最大， 从高到低步调均为LN>CK>MN>HN(表 4)， 标明低氮责罚提升了泥土温度敏锐性， 高氮责罚缩小了泥土温度敏锐性。导致以上成果的原因可能是， 低氮责罚对林分根生物量密度有促进作用， 同期权臣提升了泥土微生物量(表 2)， 微生物量加多不错加多泥土呼吸温度敏锐性[32]。高氮责罚下泥土微生物量增量缩小(表 2)， 而其微生物活性下落[11]， 同期权臣缩小了泥土根生物量密度(表 2)， 进而导致了泥土呼吸温度敏锐性缩小。由此不错想到低氮添加下， 随大家变暖泥土碳开释速度可能会相应加多， 进而可能导致泥土碳储量下落， 使大气中温室气体进一步加多， 加快大家碳轮回。
4 论断白桦、水曲柳、红松和长白落叶松4种林分泥土呼吸速度对氮添加的反馈存在互异。阔叶林(白桦和水曲柳)泥土呼吸速度较针叶林(红松和长白落叶松)更易受氮添加的影响。林分根生物量密度影响泥土呼吸对短期氮添加反馈进度巨屌 twitter。