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分布于长白山自然保护区的阔叶红松混交林是我国温带地区强烈受到东亚季风气候影响的森林生态系统,其植被分布、土壤条件以及气候类型与全球其它地区的温带森林生态系统具有明显区别。本论文以长白山温带阔叶红松混交林作为研究对象,通过开展野外原位观测试验,综合研究了大气氮沉降增加和降水变化对土壤温室气体通量、土壤淋溶过程以及土壤属性的影响。联合碳、氮湿沉降的观测资料,本论文还提出了森林表层土壤碳氮主要输入与输出过程的通量模式。论文研究获得的主要观点是:
1)大气湿沉降的野外观测结果显示,森林冠层在生长季节通过穿透雨向森林表层土壤同时输入碳素和氮素,其中氮素的输入以无机氮并且是铵态氮为主。扣除自然降雨中的碳氮输入量,森林冠层向林下表层土壤碳氮输入的净通量分别是(未考虑茎流输入),DOC净输入通量4.34.g C m-2、NH4+-N净输入通量176 mg N m-2、NO3--N净输入通量75 mg N m-2以及DON净输入通量212 mgN m-2。
2)在人工模拟大气氮素湿沉降增加4.5 g N m-2的条件下,硫酸铵、氯化铵和硝酸钾处理的森林土壤N2O累积排放通量(107-213 mg N m-2)高于对照处理(46 mg N m-2);氯化铵和硝酸钾形态的氮沉降增加处理的森林土壤CO2累积排放通量(361-376 g C m-2)显著地低于对照处理(463 g C m-2);而氯化铵形态氮沉降处理的森林土壤CH4累积吸收通量(146 mg C m-2)显著地低于对照处理(243 mg C m-2)。氮素湿沉降增加导致森林表层土壤无机氮的淋溶增加48-220％,有机氮淋溶增加74-316%;铵态氮形态氮沉降对表层土壤的DOC淋溶没有影响,而硝态氮处理的DOC淋溶增加58%。
3)森林穿透雨改变±25%的控制条件下,降水改变对森林土壤CH4吸收没有显著影响。与对照处理相比较,降水增加或者减少处理的森林土壤CH4吸收累积通量的变化量小于12%;虽然降水减少处理对森林土壤CO2排放没有显著影响,但是降水增加处理显著地促进森林土壤CO2排放的累积通量,增加率是53%;降水减少处理森林土壤N2O累积排放通量降低35%,而降水增加处理Y2O累积排放通量增加33%,但是处理间的差异都没有达到统计显著性。降水减少显著降低土壤DOC淋溶,此外,降水变化对淋溶和土壤活性碳、氮库没有显著的影响。
4)在生长季节中,林隙森林土壤CH4吸收的累积通量是142 mg C m-2,比林下土壤CH4吸收的累积通量(247 mg C m-2)低约43%;林隙土壤CO2排放的累积通量是353g C m-2,比林下土壤CO2排放的累积通量(428 g C m-2)低约18%;林隙土壤N2O排放的累积通量(58 mg N m-S)比林下土壤N2O排放累积通量(6.0 mg N m-2)高约9倍。除了NH4+-N,林隙表层土壤的碳、氮素淋溶都明显低于林下。