氮添加和固氮植物引种对喀斯特草地生态系统土壤有机碳矿化的影响

　　 摘要:

外源氮输入是驱动氮限制喀斯特草地生态系统植被恢复和土壤碳固存的关键因子。土壤有机碳矿化是碳输出的重要途径。然而,目前的研究大多集中于氮添加对有机碳矿化的影响,对于固氮植物氮输入的影响关注较少。基于此,以喀斯特自然恢复草地为研究对象,探究持续4年的氮添加和固氮植物引种(深紫木蓝和紫穗槐)两种氮输入方式和氮输入量(对照、低氮和高氮)对土壤有机碳矿化和Q₁₀的影响。结果表明:(1)外源氮输入显著增加土壤铵态氮和有效氮含量,最大增幅分别达245.2%和152.3%。与低密度固氮植物引种相比,高密度固氮植物引种下土壤有效磷含量呈现降低趋势。(2)氮输入量显著影响土壤有机碳矿化,表现为低氮促进,特别是氮添加和深紫木蓝更明显,增幅分别为14.4%和21.5%;而高氮呈现抑制的趋势。氮输入降低Q₁₀,且低氮输入量降低Q₁₀的效果比高氮输入更明显,尤其是深紫木蓝,低密度种植比高密度种植显著降低19.0%。冗余分析结果表明,土壤理化性质解释了土壤有机碳矿化特征的45.3%,其中铵态氮占15.4%,有效磷占18.8%。土壤有效磷是影响有机碳矿化的主要因素,这可能与固氮植物生物固氮耗磷有关。土壤氮有效性是影响Q₁₀的主要因素,可能与氮有效性增加提高有机碳稳定性有关。(3)氮输入方式对有机碳矿化和Q₁₀的影响不显著,氮添加与深紫木蓝引种的效果趋同,而紫穗槐的影响较弱。综上,在喀斯特草地生态系统外源氮输入初期,氮输入量对土壤有机碳矿化的影响更重要。未来氮沉降增加,固氮植物引种将有利于喀斯特草地土壤有机碳存留,而深紫木蓝可作为喀斯特草地生态系统植被恢复的优选模式。