连栽措施和氮素水平对桉树林碳氮耦合特征的影响机制及其效应

森林生态系统碳氮循环相互作用及功能耦合规律是减少人工林对长期施氮响应研究中的不确定性、揭示森林生态系统氮固持机制的重要科学基础，在我们已经发现桉树种植显著改变了土壤碳氮循环过程的基础上，本研究拟以关键生源要素碳氮在桉树林生态系统中的迁移转化过程为主线，从碳、氮耦合作用角度，比较研究不同代次（1、2、3、4代）和不同氮素水平桉树林光合固碳、凋落物分解以及土壤碳氮转化等碳氮循环关键过程中碳、氮元素的耦合作用机制，分析连栽代次（施氮时间）和氮素水平对桉树林土壤碳氮库及其组成的影响及其动态变化规律。其目标是：在生态系统尺度上揭示连栽代次（施氮时间）和氮素水平对桉树林碳氮关键循环耦合过程影响机理，及其对土壤固碳保氮的长期、短期效应，摸索有利于桉树林增碳保氮的施氮水平，为全面评价外来种桉树可能造成的生态后果和桉树林的碳氮管理提供科学依据。

本研究以关键生源要素碳氮在桉树林生态系统中的固持、利用和流失过程为主线，比较研究不同代次（1、2、3、4代）和不同氮素水平桉树林凋落物分解、土壤碳氮转化和养分淋溶等碳氮循环关键过程中的碳、氮元素的耦合作用及效应，获得如下结果：.（1）桉树林取代马尾松林降低了土壤碳、氮库，第二代桉树林土壤有机碳、氮库最小，在土壤有机碳含量较高区域，土壤有机碳、氮库随桉树连栽代次增加而逐渐增加；土壤微生物群落生理胁迫逐渐降低、碳代谢功能逐渐增强；而在土壤有机碳含量较低的区域，土壤微生物群落随桉树连栽代次增加而受胁迫继续增强。灌木、草本植物丰富度、桉树凋落物碳源供给能力下降以及土壤SOC、TN、TP是影响土壤微生物群落组成及碳代谢功能主要因素。.（2）施氮显著增加了桉树林土壤CO2和N2O排放，且随施氮量增加而增加，施氮抑制了CH4吸收，且CH4吸收通量随施氮量增加而降低。不同土壤有机碳水平桉树林土壤CO2和N2O排放对施氮的响应存在差异。高土壤有机碳桉树林CO2、N2O排放对施氮的响应更敏感。.（3）施氮显著增加了桉树林土壤养分淋溶。土壤N和C、K、Ca和Mg淋溶量表现出随施氮量增加而增加。不同土壤有机碳桉树林土壤养分淋溶对施氮的响应存在差异。高有机碳土壤C和N淋溶对施氮的响应更敏感，低有机碳土壤K、Ca、Mg等阳离子淋溶对施氮的响应更敏感。.上述结果表明，桉树林取代马尾松林降低了土壤碳氮库，桉树连栽过程中减少土壤和林下植被干扰有利于增强桉树林生态系统固碳保氮的能力；桉树林温室气体排放和养分流失随施氮水平增加而增加，但桉树人工林施氮对土壤温室气体排放、养分淋溶的影响随土壤有机碳水平的不同而不同，在人工林科学施氮、评估和调控人工林施氮的环境效应过程中，充分考虑人工林土壤有机碳水平有助于确定桉树林增碳保氮的施氮水平。