干旱与氮沉降对兴安落叶松树干表面CO2释放通量的影响及其机理

树干呼吸对于森林生态系统碳平衡具有重要意义，树干呼吸活动是一个复杂的生物学过程，其影响因子较多。鉴于同一树种不同生境条件下树干呼吸的差异（而这种差异又不能用温度和液流速度等因子所解释）及影响因子的复杂性，本项研究针对大气氮沉降迅速增加及未来干旱加剧而引起的重大环境问题，以我国东北地区先锋造林树种兴安落叶松成年树木和幼苗为研究对象，采用生理生态学及生物化学的研究方法，研究模拟干旱、氮沉降及二者的共同作用对树干呼吸的影响及其机理，探明该地区落叶松人工林生态系统对氮输入的敏感性，总结持续氮输入对氮代谢过程和生态系统功能的影响，认识落叶松人工林生态系统氮饱和过程和氮素富集效应。本研究对于深刻理解林木的气体交换机理，正确评价森林生态系统的碳平衡及造林、营林实践具有重要的理论意义和实践意义。

本研究旨在研究氮沉降与干旱对兴安落叶松树干呼吸的影响，并探讨了其影响机理。具体研究内容主要包括：（1）利用雨量器收集降雨样品的方法，研究了帽儿山地区大气氮湿沉降的浓度、沉降量及其动态变化规律。研究结果表明，2011年随降雨输入到该地区的大气氮沉降量为19.16 kg N hm-2，其中，NH4+-N、NO3--N和溶解有机氮（DON）输入量分别占氮沉降量的52%、26%和22%；（2）野外自然条件下，2011年的5月至2012年的10月，对兴安落叶松人工林进行了模拟氮沉降实验，设置了4个氮沉降水平处理，分别为：对照（0 g N•m-2 a-1）、低氮（5 g N•m-2 a-1）、中氮（5 g N•m-2 a-1）和高氮（15 g N•m-2 a-1），每个处理设置3个重复样地。所施氮肥为NH4NO3, 以溶液方式在生长季内每月喷施一次。在生长季内每隔15天左右，采用红外气体分析法测定一次树干呼吸。结果表明：各个氮处理下的树干呼吸速率基本与树干温度的变化一致，均呈单峰型季节变化模式，其中7月底最高、10月底最低。氮处理均提高了落叶松的树干呼吸速率，且随着氮输入的增加，平均树干呼吸速率呈现逐渐增强的趋势。生长季内，对照、低氮、中氮、和高氮处理条件下的树干表面释放的CO2通量分别为67.3、72.5、78.9和86.5 g C•m-2。树干温度与树干呼吸速率存在显著的指数函数关系，而且温度敏感性（Q10）随着氮输入的逐渐升高亦随之增强，对照、低氮、中氮、和高氮处理下的Q10值分别为1.67、1.80、2.01和2.54。随氮输入的增加，树干的氮含量也逐渐升高，树干氮含量能够解释树干呼吸变化的38.3%；（3）采用盆栽控制实验，以1年生落叶松幼苗为研究对象，研究氮沉降、干旱及氮沉降×干旱二者共同作用对树干呼吸的影响。氮沉降处理水平同野外条件处理一致，干旱处理分别为：正常供水（土壤含水率占田间持水量的80 % ~ 70 %）、中度干旱（占田间持水量的60 % ~ 50 %）、重度干旱（占田间持水量的40%-30%）。研究结果表明，正常供水条件下，随着施氮浓度的增加，促进了落叶松的生长速率及树干表面释放的CO2通量，但是随着干旱剧烈程度的增加，长速率及树干表面释放的CO2通量呈现降低的趋势。本研究结果强调对树干表面释放CO2通量的估测应同时考虑氮沉降及干旱的综合效应.