积雪及冻融对长白山森林土壤氮素转换过程的影响

森林生态系统氮素生物地球化学过程研究是当前研究热点和重点内容之一，但有关冬季（秋末至早春）氮素生物地球化学过程的研究还较少。季节性积雪和冻融过程是北方地区重要的气候特征，积雪和冻融过程通过对土壤理化性质、微生物和植物的影响，改变生态系统氮素生物地球化学过程。长白山地区位于我国东北，年平均温度在-7.3～4.9℃之间，秋末春初存在多次冻融过程。因此，本项目选取长白山原始林（阔叶红松林）和天然次生林（白桦林）作为研究对象，通过野外人工控制地表积雪深度和时间，改变土壤的冻融过程，并结合室内培养实验，系统研究冬季北方森林土壤氮素的生物地球化学过程，揭示积雪和冻融过程对北方森林土壤氮素转换的影响机制，比较冬季与生长季北方森林土壤氮素循环差异与联系，构建北方森林冬季土壤氮素循环模式。开展本项研究，既深化了森林生态系统氮素生物地球化学过程的机理研究，而且为预测长白山地区的森林生态过程和趋势提供基础资料。

以长白山阔叶红松林为研究对象，通过野外小区试验、定位观测和室内模拟，探究了积雪及冻融过程对温带森林的氮素生物地球化学过程的影响，为全面了解北方森林氮素生物地球化学过程提供基础资料。主要结论如下：.（1）长白山地区气候呈增暖趋势，积雪对冬季不同深度土壤具有保温作用，对20 cm内的不同深度土壤温度影响明显。冻融次数对土壤团聚体影响明显，而压实和起始土壤含水量对团聚体影响较小。（2）各形态氮月均浓度之间差别较大，具有明显的季节性；湿沉降的TN组成以TON为主, TIN中NO3--N比较略高；降水量与各形态氮浓度均呈较弱的负相关(p>0•05),而NH4+-N与NO3--N、TIN均呈显著正相关(p<0•05)。全年TN沉降量为2763.68 mg/(m2.yr), TON/TIN之比为3.36，TON为沉降主体，占77.056%。（3）冬季凋落物分解缓慢，夏季凋落物分解明显加快。积雪条件下利于凋落物的分解，除了蒙古栎外，有积雪覆盖的凋落物物分解较快。对比起始浓度，凋落物的N、P养分浓度呈升高趋势，凋落物分解过程中的富集作用可能是造成这一现象的重要原因之一。（4）对照处理和去除积雪处理土壤有效氮的季节变化趋势基本一致，但由于积雪处理的冬季土壤温度比对照处理低，影响土壤微生物活性和生长期植物生长，是两种处理有效氮差异的重要因素。（5）不同冻结温度和不同冻融循环次数的条件下，经过15次冻融后，土壤中的无机氮含量提高了1.67-26.77倍。随着冻融次数的增加，矿化速率逐渐降低，冻结温度更低的冻融过程促进了土壤氮的矿化过程，而高含水量处理的土壤氮素矿化速率高于低含水量处理的土壤氮素矿化速率。（6）短期冻融过程中，冻融促进了土壤呼吸，但没有提高N2O排放；长期冻融过程中，土壤呼吸和N2O排放受冻结温度、含水量以及冻融次数影响；高含水量条件下，冻融促进了N2O排放，而低含水量条件下，冻融对N2O排放不明显。. 项目基本达到预期研究目标，已发表论文8篇，培养硕士生1名。