1、部分中高緯度和高海拔地區(qū)土壤隨著全球氣候變化正經(jīng)歷更頻繁而廣泛的凍融作用。凍融循環(huán)會改變原有生態(tài)系統(tǒng)中土壤理化性質(zhì)、微生物種類組成和活性，進(jìn)而影響土壤碳氮過程。同時(shí)，由于人類活動(dòng)的密集化，大氣中含氮化合物含量迅速增加，反過來大氣中的氮又沉降到陸地和水域生態(tài)系統(tǒng)中。氮沉降會改變森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和生物量積累，深刻地影響著森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲存和氮循環(huán)過程。現(xiàn)階段關(guān)于氮沉降影響土壤碳氮礦化過程的研究很多，且多集中在溫、亞熱帶及熱帶森林，對寒

2、溫帶針葉林關(guān)注較少。而寒溫帶針葉林地區(qū)緯度高，土壤熱量對氣候變化的響應(yīng)十分敏感，凍融交替事件對土壤中碳素、氮素存在如何的影響，以及氮沉降的增加是否對這種影響有所調(diào)控是值得我們探討的問題之一，但對于這方面的研究仍較少。因此，本研究選取大興安嶺森林土壤作為研究對象，以人工增氮控制實(shí)驗(yàn)為平臺，設(shè)計(jì)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，旨在闡明凍融循環(huán)對我國北方寒溫帶針葉林土壤碳氮礦化過程的影響及氮沉降對這種影響是否存在調(diào)控效應(yīng)，為非生長季土壤碳氮過程的野外觀測提供理

3、論依據(jù)。通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)和后期數(shù)據(jù)分析，得到以下結(jié)論:
　　1、以大興安嶺寒溫帶落葉松林土壤為研究對象，設(shè)置-1～8℃凍融循環(huán)和8℃恒溫對照兩個(gè)溫度處理，各進(jìn)行了48h室內(nèi)培養(yǎng)和連續(xù)測定，研究了1次凍融過程中隨著溫度變化土壤碳礦化過程的動(dòng)態(tài)變化以及不同模擬氮沉降水平對碳礦化的影響。研究結(jié)果表明，48h的測定時(shí)間內(nèi)土壤碳礦化速率，表現(xiàn)出與溫度隨時(shí)間的變化較為一致的趨勢。-1～8℃凍融循環(huán)時(shí)，當(dāng)土壤溫度從8℃向-1℃降溫和從-1℃向8

4、℃升溫時(shí)，土壤碳礦化速率也相應(yīng)的降低和升高;在土壤溫度恒定時(shí)，土壤碳礦化速率也表現(xiàn)為相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在土壤凍融循環(huán)中，-1℃和8℃恒溫時(shí)氮沉降水平顯著影響土壤碳礦化速率，其中高N土壤具有最高的碳礦化速率;8℃恒溫過程中，土壤碳礦化速率亦受到氮沉降水平的顯著影響(P=0.000)，但CK土壤的碳礦化速率顯著高于N輸入土壤(P=0.000)。利用指數(shù)模型計(jì)算了降溫和升溫過程中不同氮沉降水平處理下土壤碳礦化的溫度敏感性(Q10)，發(fā)現(xiàn)溫度變化

5、過程(P=0.000)和氮沉降水平(P=0.000)對土壤碳礦化的溫度敏感性存在顯著影響。其中升溫過程的溫度敏感性高于降溫過程，低NH4NO3處理土壤的在升溫過程中對溫度變化更為敏感。土壤凍結(jié)降低了土壤碳礦化速率，進(jìn)而影響土壤釋放到大氣中的CO2量。而氮沉降減小了凍融對土壤碳礦化的降低作用。因而在氮沉降加重的情形下，非生長季低溫下的土壤會釋放出更多的碳。
　　2、以大興安嶺寒溫帶落葉松林土壤為研究對象，進(jìn)行30天的室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研

6、究了8℃恒溫和-5～8℃凍融循環(huán)處理對土壤碳、氮礦化過程的影響以及土壤碳、氮礦化累積量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時(shí)間對土壤碳礦化速率和土壤碳礦化累積量均有顯著影響。凍融處理土壤的碳礦化速率顯著高于8℃恒溫培養(yǎng)下的土壤碳礦化速率，但第7次和第15次凍融循環(huán)后，凍融土壤碳礦化累積量顯著低于恒溫土壤的碳礦化累積量。土壤氮礦化速率沒有受到培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間以及二者交互作用的顯著影響，但培養(yǎng)時(shí)間和培養(yǎng)溫度對土壤無機(jī)氮凈礦化累積量產(chǎn)生了極

7、其顯著的影響。第5、7、15次次凍融循環(huán)后，-5～8℃凍融處理的土壤無機(jī)氮凈礦化累積量低于8℃恒溫培養(yǎng)的土壤無機(jī)氮凈礦化累積量。經(jīng)過30天的培養(yǎng)，土壤碳、氮礦化累積量在8℃恒溫處理下是-5～8℃凍融處理下的倍1.42和2.21倍。8℃恒溫和-5-8℃凍融兩種培養(yǎng)溫度下，土壤碳礦化累積量與土壤無機(jī)氮凈礦化累積量均為正相關(guān)關(guān)系。-5～8℃的凍融循環(huán)降低了大興安嶺寒溫帶落葉松林土壤碳排放和無機(jī)氮的累積，有利于土壤碳的固持和減少養(yǎng)分的流失。

8、r>　　3、以大興安嶺寒溫帶落葉松林低NH4NO3和高NH4NO3輸入土壤為研究對象，進(jìn)行30天的室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了不同氮沉降水平之間，凍融對土壤碳氮礦化過程影響的差異。研究表明:氮輸入水平(P=0.000)對土壤碳礦化速率有極其顯著的影響?？傮w上三種氮輸入水平之間，低N輸入提高了土壤碳礦化速率。同時(shí)從溫度處理上來看，凍融循環(huán)處理和恒溫處理下土壤的碳礦化速率差異顯著（P=0.003），融化期凍融土壤的碳礦化速率要高于8℃恒溫土壤。培養(yǎng)

9、溫度、培養(yǎng)時(shí)間和氮沉降水平均極其顯著地影響了土壤氮礦化速率(P=0.000，P=0.000和P=0.000)。在土壤碳礦化方面，氮沉降水平對凍融效應(yīng)的影響極其顯著（F=6.944，P=0.002）。凍融降低了CK土壤碳礦化累積量，凍融對CK土壤的這種降低作用隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長而增大。凍融同樣降低了低氮輸入土壤的碳礦化累積量，但這種凍融效應(yīng)隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而減小。培養(yǎng)初期凍融增加了高N土壤的碳礦化累積量，而在15次凍融后卻降低了CO2的