去除凋落物和草毡层对寒温带典型森林土壤氮素的短期影响.pdf
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1、第 39 卷 第 4 期2023 年 7 月森 林 工 程FOREST ENGINEERINGVol.39 No.4Jul.,2023doi:10.3969/j.issn.1006-8023.2023.04.001去除凋落物和草毡层对寒温带典型森林土壤氮素的短期影响王军,满秀玲(东北林业大学 林学院,哈尔滨 150040)摘 要:以大兴安岭北部 3 种典型森林(白桦(Betula platyphylla)林、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)林和兴安落叶松(Larix gmelinii)林)为研究对象,通过对对照、去除凋落物、去除草毡 6 层以及去除凋落物和
2、草毡层 4 种处理下不同土层(010 cm 和1020 cm)的土壤全氮、有效氮、微生物量氮及其影响因子的研究,探究凋落物和草毡层对寒温带典型森林土壤氮素的影响。结果表明,1)在 010 cm 土层,与对照相比,去除凋落物后土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量在白桦林和兴安落叶松林中无显著变化,樟子松林土壤全氮和铵态氮含量无显著变化,而硝态氮含量升高了 53.76%(P0.05);土壤微生物量氮含量在白桦林和兴安落叶松林中分别降低了 14.34%和 25.94%(P0.05),在樟子松林中无显著变化。去除草毡层后土壤全氮含量在樟子松林和兴安落叶松林中变化不显著,在白桦林中降低了 41.25%(P0.0
3、5);土壤铵态氮含量在兴安落叶松林中无显著变化,在白桦林中降低了 52.84%(P0.05),而在樟子松林中升高了 69.09%(P0.05);土壤硝态氮含量在白桦林和兴安落叶松林中无显著变化,在樟子松林中升高了 44.09%(P0.05);土壤微生物量氮含量在 3 种林型中降低了 16.95%47.20%(P0.05)。去除凋落物和草毡层后,土壤全氮和微生物量氮含量在 3 种林型中均显著降低(P0.05);土壤铵态氮含量在兴安落叶松中无显著变化,在白桦林中显著降低(P0.05),而在樟子松中显著升高(P0.05);土壤硝态氮含量在白桦林和兴安落叶松林中无显著变化,而在樟子松林中升高了 44.
4、09%(P1020 cm 土层,经过不同去除处理,土壤全氮和微生物量氮含量在 3 种林型中无显著变化;土壤铵态氮和硝态氮含量在白桦林和兴安落叶松林中无显著变化,而在樟子松林中有所升高,且在去除凋落物以及去除草毡层后达显著水平(P10-20 cm among four different treatments,including control,litter removal,sod layer removal,and both litter and sod layer removal,at three typical forests(Betula platyphylla forest,Pinus
5、 sylvestris var.mongolica forest,and Larix gmelinii forest)of the north Daxingan mountains.The results showed as follows:1)In the 0-10 cm soil layer,compared with the con-trol,the contents of total nitrogen,ammonium nitrogen and nitrate nitrogen had no significant changes in Betula platyphylla fores
6、t and Larix gmelinii forest after the removal of litter.The contents of total nitrogen and ammonium nitrogen had no significant changes in Pi-nus sylvestris var.mongolica forest,while the nitrate nitrogen content increased by 53.76%(P0.05).Soil microbial biomass nitro-gen contents in Betula platyphy
7、lla forest and Larix gmelinii forest decreased by 14.34%and 25.94%(P0.05),respectively,but had no significant change in Pinus sylvestris var.mongolica forest.After removing sod layer,the contents of total nitrogen did not change significantly in Pinus sylvestris var.mongolica forest and Larix gmelin
8、ii forest,but decreased by 41.25%in Betula platyphylla forest(P0.05).The contents of soil ammonium nitrogen had no significant change in Larix gmelinii forest,decreased by 52.84%in Betula platyphylla forest(P0.05),while increased by 69.09%in Pinus sylvestris var.mongolica forest(P0.05).The contents
9、of soil ni-trate nitrogen had no significant change in Betula platyphylla forest and Larix gmelinii forest,increased by 44.09%in Pinus sylvestris收稿日期:2022-11-24基金项目:国家重点研发项目(2021YFD2200405)第一作者简介:王军,硕士研究生。研究方向为水土保持。E-mail:imauwh 通信作者:满秀玲,博士,教授。研究方向为水土保持。E-mail:mannefu 引文格式:王军,满秀玲.去除凋落物和草毡层对寒温带典型森林土壤
10、氮素的短期影响J.森林工程,2023,39(4):1-9.WANG J,MAN X L.Short term effects of litter and sod layer removal on soil nitrogen in typical forests in cold temperate zoneJ.Forest Engineering,2023,39(4):1-9.var.mongolica forest(P0.05).The contents of soil microbial biomass nitrogen decreased by 16.95%47.20%in three f
11、orest types 森 林 工 程第 39 卷(P0.05).After litter and sod layer were removed,the contents of soil total nitrogen and microbial biomass nitrogen in three forest types were significantly reduced(P0.05).The contents of soil ammonium nitrogen had no significant change in Larix gmelinii forest,decreased sign
12、ificantly in Betula platyphylla forest(P0.05),while increased significantly in Pinus sylvestris var.mongolica forest(P0.05).The contents of soil nitrate nitrogen had no significant change in Betula platyphylla forest and Larix gmelinii forest,in-creased by 44.09%in Pinus sylvestris var.mongolica for
13、est(P10-20 cm soil layer,the contents of soil total ni-trogen and microbial biomass nitrogen had no significantly change in three forest types after different removal treatments.The contents of soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen had no significant change in Betula platyphylla forest and Lar
14、ix gmelinii forest,while in-creased significantly in Pinus sylvestris var.mongolica forest after litter removal and sod layer removal(P1020 cm 土层土壤样品,同时使用规格为 100 cm3的环刀采集各层原状土。将采集的凋落物、草毡层和土壤样品分别装入密封袋内带回实验室。凋落物和草毡层样品放入烘箱 80 烘干至质量恒定,烘干后研磨过孔径 0.149 mm 钢筛后装入密封袋中用于碳氮含量的测定(凋落物和草毡层碳氮含量及碳氮比值见表 2)。土壤样品挑出植物根系
15、、石块等杂物后过孔径 2 mm 钢筛。取部分鲜土用于土壤含水量、铵态氮、硝态氮和微生物量氮等指标的测定,另取部分土样于阴凉干燥处自然风干,研磨后分别过孔径2 mm 和0.149 mm 钢筛后储存在密封袋内用于土壤 pH、总有机碳和全氮含量的测定。表 1 样地基本情况Tab.1 Basic information of the sample plot林型Forest type海拔/mAltitude坡向Aspect of slope坡度/()Slope林龄/aForest age树种组成Tree species composition平均树高/mAverage tree height平均胸径/c
16、mMean DBH郁闭度Canopy density白桦林Betula platyphylla forest390NE64310B11.109.500.90樟子松林Pinus sylvestris var.mongolica forest427NE10637P 3L22.3721.360.60兴安落叶松林Larix gmelinii forest311NE65210L11.6413.270.80 注:NE 为东北方向。B、P 和 L 分别为白桦、樟子松和兴安落叶松拉丁学名首字母。10B、7P、3L、10L 中的 10、7、3、10 指此树种在林中所占比例,以十分法表示。Note:NE is n
17、ortheast.B,P and L are the Latin initials of Betula platyphylla,Pinus sylvestris var.mongolica and Larix gmelinii respectively.The 10、7、3 and 10 in 10B、7P、3L and 10L refer to the forest,expressed in tenths.表 2 凋落物和草毡层碳氮含量及碳氮比值Tab.2 Carbon nitrogen content and ratio of litter and sod layer林型Forest ty
18、pe层次Layer有机碳/(g.kg-1)Organic carbon全氮/(g.kg-1)Total nitrogen碳氮比值Carbon nitrogen ratio白桦林Betula platyphylla forest凋落物458.173.70 Aa18.511.10 Aa24.831.34 Ba草毡层441.673.86 Ab26.912.85 Ab16.661.80 Bb樟子松林Pinus sylvestris var.mongolica forest凋落物450.002.25 Aa14.570.27 Ba30.900.75 Aa草毡层288.672.87 Bb12.000.97
19、Bb24.232.11 Ab兴安落叶松林Larix gmelinii forest凋落物440.8712.85 Aa19.590.82 Aa22.551.23 Ba草毡层395.332.87 Ab18.122.83 Ca25.333.27 ABa 注:数据为平均值标准误。不同大写字母表示林型间差异显著(P0.05),不同小写字母表示层次间差异(P0.05)。Note:Data in the table are expressed as mean standard error.Different capital letters represent significant differences
20、among forest types(P0.05),and different lower cases letters represent differences among levels(P0.05).1.3 样品指标测定方法 土壤温度使用纽扣式温度传感器(DS1922L,Maxim/Dallas Semiconductor Inc.,USA)测定,土壤含水量采用铝盒烘干法(105,24 h)测定。土壤pH 采用 pH 计法测定。凋落物、草毡层以及土壤总有机碳和全氮含量分别使用总有机碳分析仪固体模块(multiN/C2100,Germany)和 AA3 连续流动分析仪(Seal Analyt
21、ical,Germany)测定。铵态氮和硝态氮采用浓度为 1 mol/L KCL 溶液浸提后,滤液浓度用 AA3 测定。土壤微生物量氮采用氯仿熏蒸法浸3森 林 工 程第 39 卷提5,滤液浓度使用总有机碳分析仪液体模块测定。1.4 数据处理与分析数据的统计分析由 Excel 2019 和 SPSS 25.0 完成。采用单因素分析法(one-way ANOVA)和最小显著差异法(least significani differs0ncr,LSD)比较不同林型、处理指标之间的差异,独立样本 t 检验比较不同层次指标之间的差异。采用皮尔逊(Pear-son)相关分析法分析土壤氮素与影响因子之间的相关
22、性。表格的绘制由 Word 2019 完成。2 结果与分析2.1 不同处理对 3 种林型土壤全氮含量的影响由表 3 可知,在 010 cm 土层,白桦林在去除草毡层以及同时去除凋落物和草毡层后土壤全氮含量相较对照显著降低(P0.05)。樟子松林和兴安落叶松林经过不同去除处理后,土壤全氮含量相较对照有所降低,2 种林型均在同时去除凋落物和草毡层后显著降低(P0.05)。在1020 cm 土层,3 种林型在经过不同去除处理后,土壤全氮含量与各自林型的对照相比均无显著差异(P0.05),由此说明不同去除处理对 3 种林型1020 cm 土层全氮含量的影响较小。表 3 3 种林型不同处理土壤全氮含量T
23、ab.3 Total nitrogen contents of soil under different treatments of three forest typesgkg-1林型Forest type土层/cmSoil layerCKRLRSRR白桦林Betula platyphylla forest0101.600.12 a1.390.11 ab0.940.14 c1.240.06 b10200.750.10 a0.780.09 a0.660.06 a0.690.04 a樟子松林Pinus sylvestris var.mongolica forest0101.440.13 a1.42
24、0.05 a1.420.03 a1.100.03 b10200.840.04 a0.790.10 a0.910.04 a0.870.06 a兴安落叶松林Larix gmelinii forest0101.910.18 a1.770.03 a1.710.03 a1.430.03 b10200.870.08 a0.840.02 a0.790.03 a0.740.02 a 注:CK 为对照;RL 为去除凋落物;RS 为去除草毡层;RR 为去除凋落物和草毡层。同一行不同字母表示存在显著差异(P 0.05)。下同。Note:CK represents control;RL represents remo
25、ve litter;RS represents remove sod layer;RR represents remove litter and sod layer.Different let-ters in the same line in the table indicate significant differences(P0.05).The same below.2.2 不同处理对 3 种林型土壤铵态氮含量的影响由表 4 可知,在 010 cm 土层,白桦林不同处理土壤铵态氮含量由大到小表现为对照、去除凋落物、去除凋落物和草毡层、去除草毡层,其中去除草毡层以及同时去除凋落物和草毡层处理
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