山江湖工程植被恢复典型林地土壤氮素矿化及其根际效应

传统森林土壤氮素（N）矿化理论受到挑战，新理论正在发展和完善。土壤N根际过程是剖析林地供N能力和植物吸收的关键环节。本项目以江西实施山江湖工程植被恢复后的典型林地为主要对象，以中亚热带丘陵红壤区森林演替典型阶段为参照对象，应用PVC管原位树脂芯、15N同位素示踪、室内控制模拟、分子生物学等方法，开展土壤N转化及其根际过程的研究，重点以土壤N矿化新研究范式中解聚合、植物和微生物对无机和氨基酸N源的竞争、微生境对N矿化调控3个关键步骤为突破口，构建研究区的森林土壤N矿化模型；以土壤-细根-微生物为地下生态系统，比较不同植被恢复模式与自然演替典型阶段林地N根际效应及其微生物响应的异同，评价植被恢复的生态效果，检验地下生态过程滞后于地上生态过程的假设，并为深入剖析土壤N转化提供数据支撑。在理论上，完善森林土壤N矿化新理论,加深对地下生态过程的了解；在实践上，指导江西山江湖生态建设和林业发展。

上世纪80年代启动的山江湖工程植被恢复为提高江西森林覆盖率和改善生态环境发挥极为重要的作用，然而相关的基础研究异常薄弱，无法支撑红壤丘陵区森林质量及服务功能提升的需求。本研究以红壤丘陵荒山灌丛、马尾松林、阔叶林和脐橙园等为对象，开展土壤氮素转化、凋落物分解氮动态和树木根际生态等地下过程及其与地上养分关联性研究。主要成果：1）以4种间伐强度马尾松林和荒山灌丛为对象，连续3年监测土壤有效氮、氮素矿化、重要酶活性、鲜叶及凋落叶养分的季节动态，结果表明，荒山灌丛改造成马尾松林可增强土壤氮素矿化速率，适度间伐改善土壤氮素及其相关特性，而过度间伐导致氮流失，地上部分的响应滞后于地下部分；2）以马尾松、枫香和苦槠林为对象，开展单独和混合凋落叶分解过程氮动态及其对外源碳氮磷添加的响应研究，结果表明，内外生态化学计量比共同支配凋落叶氮固持-释放模式，氮磷动态存在明显的耦合效应；3）以马尾松和苦槠林为对象，开展不同根序根系分解和土壤碳释放的根际效应及其温度敏感性研究，结果表明，马尾松林土壤矿化速率和根际效应的温度敏感性明显高于苦槠林；4）以赣南3种种植年限的脐橙果园为对象，系统地开展了土壤养分供应、根际碳氮磷转化、胞外酶活性、叶片养分含量等综合研究，发现随种植年限延长，土壤氮矿化及其供应能力增强，但受到土壤磷积累污染加重的影响，碳氮磷供应及其重要酶的根际效应、叶片磷含量均呈下降趋势，高龄果园土壤质量衰退。综合来看，丘陵红壤区不同林地土壤氮素转化和供应均基本能够满足林木生长的需要，人类干扰明显改变森林土壤氮素的转化与平衡模式，根际过程可能是调控土壤氮素供应平衡的关键环节，而土壤磷素形态及其供应是红壤区人工林可持续发展中值得关注的重要问题。结合全球变化研究的最新进展，建议重视南方红壤林区磷素与水、碳氮生物地球化学循环方面的耦合效应研究。