模拟氮沉降对北方农牧交错带草地固碳能力的影响

Because grassland is an important and fragile ecosystem type in agri-pasture ecoton of North China, while there is being new high nitrogen deposition region of China, the impact of nitrogen deposition to grassland carbon sequestration would be studied based on field control experiment. The mult-scale features related with grassland carbon sequestration would be observed under 5 nitrogen additional level, including species, community, and soil level. The response of key carbon sequestration process of grassland dominant species to different nitrogen levels would be carried out, while the individual-level and community-level biomass allocation and CN content would be concerned. At the same time, the litter decomposition, soil organic carbon would be studied in the experiment. Based on the field control experiment, impact of nitrogen addition to grassland carbon sequestration capability would be analyzed, and the effect of nitrogen addition to vegetation and soil carbon pool would be emphasized. The research result would be service to grassland conservation and management under future global change.

以大气氮沉降即将快速增加的北方农牧交错带为研究区，选取其重要的同时较脆弱的草地生态系统为研究对象，通过野外控制实验模拟氮沉降对草地固碳能力的影响研究。将在5个施氮水平上进行与草地固碳相关的植物个体、群落、土壤、凋落物等多因素多尺度的系统观测，主要内容包括草地关键种功能属性、群落生物多样性、植物个体和群落碳分配及固碳能力、凋落物分解过程、土壤碳库和土壤呼吸研究。在实验观测的基础上，系统分析氮沉降对农牧交错带草地生态系统固碳能力的影响，探讨不同施氮水平对植物和土壤碳库的作用，深入揭示氮沉降影响土壤碳库稳定性的主要因素和过程，为未来全球变化下的天然草地保护与管理提供科学依据和理论支撑。

工业革命以来人类活动引起大气氮沉降的持续升高，影响陆地生态系统碳循环过程及其碳汇状况，进而影响全球气候变化。我国工业区及华北地区等高排放区域的大气活性氮的排放量仍在快速增长，尤其在具有重要生态功能的北方农牧交错带，外源性氮的输入势必对具有重要固碳功能的草地生态系统的碳氮循环转化、分配格局等关键生态过程造成重大影响。因此，本项目研究以大气氮沉降快速增加的北方农牧交错带为研究区，选取重要的同时较脆弱的草地生态系统为研究对象，通过野外控制实验研究模拟氮沉降对草地固碳能力的影响。研究对 5 个施氮水平上与草地固碳相关的植物个体、群落、土壤、凋落物等多因素多尺度的碳循环过程进行了观测，主要包括草地关键种功能属性、群落生物多样性、植物个体和群落碳分配及固碳能力、凋落物分解过程、土壤碳库和土壤呼吸对模拟氮沉降的响应研究。研究结果表明：克氏针茅草原地上生物量和地下生物量表现出低氮促进，高氮抑制的趋势，氮添加使植物群落从由冷蒿、克氏针茅为优势种向羊草为优势种的群落转化。氮添加显著增加克氏针茅凋落物分解速率，对冷蒿凋落物分解速率无显著影响。土壤有机碳对氮添加的响应存在“碳饱和点”，即表现出“低氮促进、高氮抑制”的趋势。氮添加抑制了生长季土壤呼吸速率，促进了冬季土壤呼吸速率，温度是影响土壤呼吸速率的主导因子。模拟氮添加降低植物氮库的固持能力，而土壤氮库是较稳定的氮库，该草地生态系统处于动态氮饱和状态，氮饱和阈值在8 g N m-2 yr-1。本项目开展过程中建立了模拟氮沉降对草地生态系统固碳能力影响的长期野外控制实验样地，积累长期的基础数据，为以后开展类似的研究和监测提供示范。项目研究及成果系统认识了农牧交错带草地在不同氮沉降水平下的固碳过程和固碳能力变化，重点突破了不同氮素水平对草地土壤固碳能力的影响问题，为未来全球变化下的天然草地保护与管理提供科学依据和理论支撑。