长期大气N沉降对我国南方常绿阔叶林的植物可利用N影响研究

The global increase of atmospheric nitrogen (N) deposition has influenced greatly the N cycling of forest ecosystem. The historical changes in plant available N is one of the greatest uncertainties of global change when predicting the effects of N deposition on forest ecosystem functions and prosses... On the base of our recent research using tree-ring δ15N to analyze the N sources at regional scale, we would like to further detect whether the lasting increase of atmospheric N deposition influences the plant available N in evergreen broad-leaved forest of southern China. In this program, we will measure the N isotopes as well as the contents of N, phosphorus (P) in leaves of multi-species (12 species representing the composition of evergreen broad-leaved forest in southern China) of herbarium specimens collected from a large spatial scale (covering 12 provinces in southern China) since the 1930s (lasting 9 decades). The influence of long-term atmospherical N deposition and the climatic factors on the historical change in leaf δ15N, content of N and P will be integrated analyzed... The objectives of this program are designed to answer the scientific questions: Does the long-term atmospheric N deposition alter the plant available N in evergreen broad-leaved forest in southern China? What is the possible mechanism if the plant available N is significantly altered? Which factors (N deposition, climatic variables, the leaf P content) drive the historical changes in plant available N? .. The answers of those questions are expected to clarify our understanding on the “real” response of evergreen broad-leaved forest in southern China to long-term atmospheric N deposition. The results will be of scientific and theoretical importance for assessing and predicting the future changes in N cycling and other ecosystem functions in evergreen broad-leaved forest in southern China.

全球性大气N沉降持续升高对森林生态系统N循环产生了显著影响。植物可利用N的变化是影响预测未来森林生态系统功能、过程应对全球变化的不确定性之一。本项目在我们前期利用树轮δ15N值追踪区域大气N源变迁的基础上，以标本馆保藏的我国热带亚热带植物标本为对象，通过对大区域地理尺度（我国南方12省）、多树种（常绿阔叶林12个代表树种）、长时期（90年）植物标本叶片δ15N值和N、P浓度变化趋势分析及其与气候因子相关研究，结合我国南方N沉降资料，解答长期大气N沉降背景下我国南方常绿阔叶林生态系统植物可利用N是否发生变化、变化机理、可能的驱动因子及其对植物P含量有何影响等科学问题，阐明我国南方常绿阔叶林植物可利用N对N沉降的真实响应规律及其机制。研究结果对科学评估和预测N沉降下未来我国常绿阔叶林N循环和其它生态系统功能变化具有重要的理论意义和科学价值。

长期大气氮（N）沉降对森林生态系统的结构和功能产生了显著的影响。植物可利用N的变化与植物生长、生产力维持起重要作用。本项目我国南方常绿阔叶林过去90年12个广布树种标本叶片为对象，测定了叶片稳定N同位素比值和N，P含量，结合大气N沉降和其他环境因子，阐明了我国南方常绿阔叶林植物可利用N的时空变化规律及其驱动因子。结果发现：.1）在大气N沉降背景下，12个广布种叶片N同位素比值呈显著下降趋势。基于叶片N同位素比值对植物可利用N的指示，暗示我国南方常绿阔叶林在过去90年期间植物可利用N显著降低；从空间看，植物可利用N降低最多区域在北亚热带地区。.2）大气N沉降并未显著提高12个广布种叶片N含量，表明植物可利用N降低不是通过降低叶片N含量实现；.3）大气CO2浓度上升和气温的变异性是叶片N同位素比值在90年间降低的主要驱动因子；从空间看，驱动叶片N同位素下降的因子有区域差异性：北亚热带为大气CO2和最高温，中亚热带为CO2、年降水和水分盈余，南亚热带为CO2, 热带为温度变异性和年降水。.4）在过去90年间，12个广布种叶片P含量显著降低，N/P则显著上升，表明植物生长受P限制状态不断加剧，尤其是在1960后；不同区域中，南亚热去植物P限制最严重。.5）年均温、大气CO2和饱和水汽压是驱动叶片P含量和N/P在90年间发生变化的主要环境因子，其中年均温影响最大；土壤有机质、pH和土壤含水量是影响不同区域P限制的主要因子。.本项目结果证实，我国南方森林植物可利用N显著降低主要与大气CO2浓度上升促进植物生长使森林生态系统N供应能力降低有关；受大气N沉降和气候变化影响，我国南方森林植物P限制在不断加剧。本研究获取了我国南方森林长达90年的N、P含量及稳定N同位素数据，可为通过森林管理实践改善我国南方森林N，P元素状况、提高该区域植被生产力、维持森林C汇能力提供重要科学依据。