西南喀斯特山区森林土壤氮素转化对氮沉降的响应

Increased nitrogen (N) deposition is an important part of global changes, and has great effects on N cycle of forests. However, there is still considerable uncertainty in this filed. As an important terrestrial ecosystem, karst forest has special characteristics, which may lead to differential responses of soil N danamics to N deposition in karst forest compared to forests in other regions. However, so far no study has been conducted to investigate the effects of N deposition on soil N dynamics in such forest. To fill this gap, we will initiate a simulated N deposition experiment in a karst forest in southwest China. First, soil N concentration, N2O emmission, and NO3- leaching will be measured to facilitate the assessment of retention and loss potential of deposited N. Second, soil gross N transformation rate and net N transformation rate will be measured to help reveal the mechanisms of N retention and loss under nitrogen deposition. Third, we will also measure soil microbial indices and physicochemical properties, which will then be used to determine the controling factors of soil N danymics. Our study will be useful for understanding and predicting the response of soil N retention and loss to N deposition in karst forests, and can provide scientific supports for policy making on evironmental protection.

大气氮沉降增加是全球变化的一个重要方面，对森林生态系统氮循环具有重要影响，然而目前该领域研究仍存在许多认识上的不足之处。作为地球陆地表层系统的重要组成部分，喀斯特生态系统具有其特殊性，从而导致喀斯特森林土壤氮循环对氮沉降的响应可能有别于其它地区森林。然而目前关于喀斯特森林土壤氮循环对氮沉降响应的研究非常缺乏。本项目拟在西南喀斯特山区森林建立模拟氮沉降增加试验平台，首先通过对土壤无机氮含量、N2O释放和NO3-淋失速率开展连续监测，阐明氮沉降增加背景下喀斯特森林土壤氮的累积及流失潜力；同时通过对土壤氮总转化速率和净氮转化速率的测定，探讨氮沉降增加背景下喀斯特土壤氮累积与流失的内在机理；在此基础上，通过对土壤微生物及理化指标的分析，进一步分析土壤氮循环的影响因素。项目的开展有助于理解和预测氮沉降增加背景下喀斯特森林土壤氮累积与流失机制，为相关环境保护政策制定提供科技支撑。

大气氮沉降增加是全球变化的一个重要方面，对森林生态系统氮循环具有重要影响。然而目前关于喀斯特森林土壤氮循环对氮沉降响应的研究非常缺乏。项目利用喀斯特森林模拟氮沉降实验平台，研究了氮沉降对喀斯特森林土壤氮状态、氮转化速率、N2O释放和NO3-淋失速率的影响和机制。结果表明：两年的氮添加显著增加了喀斯特森林土壤无机氮含量，增加了土壤氮矿化和硝化速率，促进了无机氮的淋失，提高了土壤N2O的排放。增加的土壤氮转化速率可能与微生物量和微生物群落结构的变化有关。施肥显著增加了微生物量碳和氮含量。虽然总PLFA 量没有增加，但是真菌数量显著增加。真菌比例增加可能是导致土壤氮转化速率增加的主要机制。虽然实测的氮获取酶在两年的氮添加后没有显著变化，但是整合分析结果显示几丁质酶和尿素的活性增加也可能是氮沉降促进土壤有机氮矿化的一个重要原因。这些结果说明氮添加已使喀斯特生态系统出现了氮饱和的特征。通过总氮转化速率的测定及利用酶化学计量学的方法，我们进一步证实了喀斯特生态系统已经氮饱和，而主要受碳和磷的限制。这个事实意味着长期持续的氮沉降可能会对氮饱和的喀斯特生态系统带来负面效应。项目执行过程中还有一些意外的有趣发现：1）氮沉降加剧了微生物碳限制；2）氮沉降能够通过抑制土壤有机硫矿化的方式减缓生态系统硫循环；3）长期氮沉降的增加可能会促进有机碳的积累并减缓气候变化。