应用15N示踪技术研究人工林生态系统中氮素内外循环周转规律及肥料利用效率

本项目以桉树(Eucalyptus)和杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象，以人工林养分优化管理为切入点，以广西桉树和湖南杉木野外试验为平台，以15N示踪技术为手段，明确15N标记态N在桉树和杉木体内的"衰减速率"和"年残留率"，估算15N在桉树和杉木体内持续利用年限，阐明氮肥施用对生物量积累的影响；通过15N在桉树和杉木体内积累、迁移和再循环特征，揭示15N在桉树和杉木体内分配和内外循环规律及N肥利用效率和15N回收率；同时，通过凋落物的分解试验，探讨15N标记凋落物在分解过程中的损失率和在林地土壤中的矿化率及其对桉树和杉木的供氮作用，阐明桉树和杉木N素内外循环之间的相互关系；分析15N在土壤各养分库之间的转化规律和行为特征，为林木养分循环模型应用提供必要参数，为桉树和杉木人工林养分优化管理方案制定和肥料运筹提供理论依据和技术支撑。

氮肥施用能显著增加桉树生物量。无论是施肥处理，还是对照处理，叶片中N的贮量最大，占全树N贮量的30-50%，并随着桉树生长，该比例逐年降低。对于追施N肥处理，大多数部位N浓度均随树龄的增加而降低，可能是由于各部位生物量提高而导致的生物稀释作用，养分的重新分配可能是另一原因。然而桉树各部位氮贮量在2012年达到峰值，2013年有减少的态势。. 同位素结果显示，桉树叶片凋落前N大多被回收利用，说明桉树多以内循环来维系和提高养分的利用效率。一组桉树凋落物分解试验表明，桉树叶片中C和N通过外循环的周转速率分别2.6年和6.9年。. 利用同位素标记法计算的氮肥利用率显示，桉树人工林系统施肥当年N肥利用率为39.19%。由于桉树特殊的养分内循环机制，即使在施肥的第二年，其利用率仍达到30.37%，但各部位的利用效率却发生了变化，叶片的利用效率明显减小，主茎芯和粗根芯显著增加，第三年（2013年）其利用率进一步降低，仅为19.11%，各部位均减小，减小幅度为8.5%～79%，减小幅度最大的是细根皮、细根芯和粗枝芯。. 氮肥施用同样显著增加杉木生物量。无论施肥与否，叶片中N的浓度均为最高，N的贮量亦最高，占全树N贮量的45-60%。对于施肥处理，除细根芯外，其它部位N的贮量均随杉木生长逐渐增加或持平。另外，绝大部分芯材N贮量增长率普遍高于皮材，说明杉木生长过程中由于芯材部分生物量的快速积累，导致更高比例N素贮存于芯材中。. 由同位素标记法测定的Ｎ肥利用率显示，杉木人工林系统施肥当年N肥利用率为21.05%，由于此时期杉木凋落物很少，残留在土壤中的少量15N肥料可以在第二年被杉木吸收利用，因此，在施肥的第二年，杉木对15N肥料的利用效率反而增加了3.79%，全树达到24.84%，叶片的利用效率继续增加，达到15.44%。2013年，杉木对15N的利用效率又增加3.42%，全树达到28.26%。. 分解试验结果表明，杉木比桉树更难分解，并且更加受到本身氮含量的限制；外加氮促进了叶片初始的分解，但是到分解后期，外源氮的作用转为抑制。这些都有当前的一般性的结论一致。另外，我们发现在分解过程中当叶片的碳含量达到最高值时，外源氮的作用发生转变，说明碳的质量可以影响外源氮的作用。我们还认为外源氮对难分解有机物料分解的调控作用更大。