冠层模拟氮沉降对土壤动物的影响及机制---以跳虫群落为例

Atmospheric nitrogen deposition is one of the key issues of global changes.Most of the deposited nitrogen goes into soil by canopy leaching and stemflow. The previous work on nitrogen deposition almost applied it directly on the forest floor. However, it is different from natural deposition bypassing the forest canopy. It is still also less known about the responses of soil fauna to nitrogen deposition,although there were many studies on plants, microbial community and soil properties. To discover further the effects of nitrogen depsition on ecosystems, the innovative large-scale canopy nitrogen addition experiment was carried out both in Jigongshan and Nanning mountains at the same step. Following our previous results from understory nitrogen addition, the response of soil Collembola to nitrogen deposition is to be further studied by the canopy nitrogen addition experiment and in different zones. We also try to discover the mechanisms of the effects of nitrogen deposition on soil fauna by analysing the characteristics of biological and abiotic environment factors, including indexes of Collembola physiology. It will be helpful to understand profoundly the ecological risks of atmospheric nitroten deposition in the future.

大气N沉降是近年全球变化研究的焦点问题之一。绝大部分 (>90%) 沉降N经林冠淋洗、树干径流等过程最终进入土壤。但国内、外现有森林生态系统N沉降研究在方法上都采用林下地表施N技术，与自然沉降过程有较大差异；在内容上则重点关注了植物、微生物和土壤理化等的响应，而对生物多样性极显著土壤动物的响应了解较少。为了加强N沉降生态影响研究，在亚热带北缘的河南鸡公山和亚热带南缘的广东南岭同步建立了世界上首个大型森林冠层施N长期研究平台，即 “林冠模拟N沉降野外控制实验平台”。本项目拟在前期林下施N研究成果的基础上，利用该试验平台，进一步在更大尺度范围内、更接近自然状态条件下研究土壤动物在不同试验条件、不同地带环境下对大气N沉降的响应；同时综合分析外部环境因子和内部组织生理响应，较系统地探讨土壤动物对长期N沉降的响应机制，更全面理解大气N沉降环境变化的生态风险。

N 沉降变化是近年来全球变化研究的焦点问题之一。但当前对于大气氮沉降下土壤动物群落的响应机制还了解不多。尤其是，现有模拟氮沉降研究技术基本上都是林下施氮，与现实中的大气氮沉降过程有较大的差别。本研究利用中国科学院华南植物园生态研究中心在亚热带北缘河南鸡公山和亚热带南缘广东南岭同步建立的世界上首个大型森林冠层施N长期研究平台，即 “林冠模拟N沉降野外控制实验平台”，以土壤动物,尤其是经典的指示动物土壤跳虫为对象，在不同的尺度水平,从宏观野外调研到微观室内实验,从动物群落到种群,对不同纬度气候带、不同施氮方式、不同沉降量和不同氮沉降累积时间的影响进行了比较系统的研究。结果表明，与申请者前期鼎湖山林下施氮的研究结果相似，大气氮沉降具有明显的时间累积作用及阀值效应；此外，本研究的重要成果在于，证实了氮沉降对土壤动物群落的影响存在纬度地带性差异，同时，施氮方式对于氮沉降下土壤动物的响应也存在明显影响。为了深入研究氮沉降对土壤动物影响的机制，通过中观水平的苗圃控制实验，以及微观水平的微宇宙实验，对大气氮沉降下土壤动物与环境因子的关系进行了相关分析，利用同位素标记技术对土壤跳虫在物质传输中的作用和效率进行了研究，并对土壤跳虫对氮沉降的毒理学反应进行了探讨。结果表明，氮沉降影响下，土壤动物与环境因子具有密切的协同关系，尤其是土壤pH和有效氮是影响土壤动物类群的最主要因子；毒理实验表明，土壤跳虫暴露在氮沉降环境中，氮沉降水平、处理时间及其交互作用都会对跳虫的趋避行为产生显著影响，即土壤动物跳虫对氮沉降的趋避行为存在剂量－时间－效应作用。本研究依托创新性冠层氮沉降实验平台，基于指示意义显著的土壤动物群落的响应，在不同的研究尺度，较系统地从现象到机制揭示大气N 沉降对土壤动物的影响，具有重要的学术意义。