模拟氮沉降对华北落叶松人工林外生菌根真菌呼吸的影响机制

It is well known that nitrogen (N) deposition tends to inhibit soil respiration, while the mechanisms behind this reduction remain elusive. Ectomycorrhizal fungi, associated with most of the temperate and boreal tree roots, have been reported to be sensitive to N deposition. However, we know very little about the response of ectomycorrhizal respiration to N deposition. We will conduct a long-term field experiment at Saihanba National Forest Park, the largest plantation in China. The experiment consists of three levels of N addition at three different age stands of Larix principis-rupprechtii plantation. We will use a novel method that uses micro-pore meshes with different sizes to exclude mycorrhizal hyphae and/or tree roots and to measure different components of soil respiration (mycorrhizal respiration, root respiration, and heterotrophic respiration). We will also measure a suite of factors (such as soil temperature and moisture, microbial biomass and community composition, root and mycorrhizal fungi growth, and net primary productivity) to explore the mechanisms of the response of soil respiration and its various components to N deposition. This project will improve our mechanistic understanding of the impact of N deposition on soil carbon dynamics.

目前的研究普遍认为，氮沉降对森林土壤呼吸具有抑制作用，但其机制存在很大争议。外生菌根真菌作为大部分温带和北方森林树木根系的共生体，易受氮沉降的影响。研究它的呼吸是如何响应氮沉降的有助于我们更好地理解氮沉降抑制森林土壤呼吸机制，而关于此方面的研究欠缺。本项目拟利用位于我国最大人工林种植基地河北塞罕坝林场的“北京大学生态学试验站”作为实验基地，采用人工施氮的方法，对3种不同林龄的华北落叶松人工林样地进行3种梯度的氮肥处理，用改进的微孔网隔离法将外生菌根真菌与植物根系隔离开来，对土壤呼吸的不同组分（外生菌根真菌呼吸、根呼吸和异养呼吸）进行长期监测，计算出外生菌根真菌呼吸的量。对影响外生菌根真菌形成和生长的环境因子进行测定。研究氮添加对华北落叶松人工林外生菌根真菌呼吸的影响机制，并探讨这种机制随林龄的变化是如何变化的。本项目的开展有利于增加我们对氮沉降影响人工林碳循环过程及其机制的认识。

在人类活动导致的大气氮沉降增加背景下，作为全球第二大陆地碳通量的土壤呼吸通量，是如何响应氮沉降的尚不清楚。研究普遍认为，氮沉降对土壤呼吸具有抑制作用，但氮沉降抑制土壤呼吸的机制尚有很大分歧。作为根系共生体的外生菌根真菌，也是最易受氮沉降影响的部分，它的呼吸是如何响应氮沉降的呢？关于这方面的研究尚较少。本项目利用位于我国最大人工林种植基地河北塞罕坝林场的“北京大学生态学试验站”作为实验基地，采用人工施氮的方法，对3种不同林龄的华北落叶松人工林样地进行3种梯度的氮肥处理，用微孔网隔离法将外生菌根真菌与植物根系隔离开来，对土壤呼吸的不同组分进行长期监测，计算出外生菌根真菌呼吸的量。对影响外生菌根真菌形成和生长的环境因子进行测定，研究氮添加对华北落叶松人工林外生菌根真菌呼吸的影响机制，并探讨这种机制随林龄的变化是如何变化的。外生菌根真菌呼吸对土壤总呼吸的贡献在8-20%之间，这个贡献在不同月份间差异不显著。不同林龄间外生菌根真菌呼吸对土壤总呼吸的贡献差异不明显。华北落叶松林土壤外生菌根真菌呼吸与土壤温度变化呈正相关关系，与每年吸根增长量呈正相关关系，与森林年凋落物量呈负相关关系。观测期间的土壤温度的季节变化呈单峰曲线，在三个林子间的大小为：11 year > 45 year > 20 year. 年平均土壤温度幼林比成林和中林分别高4.2和2.5℃。观测期间的土壤含水量具有典型的季节变化规律，7、8、9月具有较高的土壤含水量。土壤含水量在林龄间差异不明显。本项目的开展增加了我们对氮沉降抑制土壤呼吸机制的认识，有利于准确评估氮沉降增加背景下森林生态系统地下碳动态变化。