氮沉降影响南亚热带森林土壤缓冲能力的机制

随着工业化进展加快和农业集约化程度的提高，氮沉降呈现出全球化的趋势，并改变了森林生态系统原有的氮循环模式和进程，威胁到了生态系统的健康和安全，如土壤酸化、降低生物多样性等。但是，我们对日益增加的氮沉降如何影响热带亚热带地区生物地球化学循环的认知仍十分有限。因此，在前期研究的基础上，本项目利用已建立的样地，通过长期模拟氮沉降增加试验，研究氮沉降对我国南亚热带三个代表性森林(马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林)土壤缓冲能力的影响，以阐明（1）氮沉降影响森林土壤缓冲能力的机制和氮沉降驱动下的土壤酸化机理，（2）不同森林类型的土壤缓冲能力对氮沉降响应及其格局差异；以及找出对氮沉降响应敏感的指标，以评价氮沉降对土壤缓冲能力的影响及其对生态系统带来的潜在威胁。本项目的实施，将为揭示森林生物多样性和生态系统生产力变化的机理提供理论依据，最终为制定森林资源保护、氮氧化物减排等政策提供科学决策依据。

在氮沉降全球化并且威胁到生态系统安全的背景下，我们选取了中国南亚热带典型的代表性森林（季风常绿阔叶林、马尾松针叶阔叶混交林和马尾松针叶林）进行了长期（>5年）野外模拟氮沉降定位研究，其目的是探讨长期氮沉降影响南亚热带森林土壤缓冲能力的机制。主要研究发现如下：. （1）所研究的三种森林均具备热带森林生态系统典型的酸化特征，是酸敏感、富Al的生态系统。. （2）三个森林土壤酸化及其缓冲能力特征对氮沉降响应格局不同。季风常绿阔叶林（成熟林）对长期氮沉降增加最为敏感（即加剧酸化和降低土壤缓冲能力），其次混交林，马尾松林最不敏感。 . 成熟林：长期高氮沉降促进了无机氮（主要表现为NO3−-N）迁移与流矢，损耗了土壤中盐基离子（特别是Ca和Mg），增加了系统净酸负荷，降低了土壤盐基饱和度和酸中和能力，加剧了土壤酸化。但是长期高氮沉降没有明显影响到土壤可交换Al离子的含量，该发现挑战了传统的观念，即通常认为酸化会导致Al毒发生。这些发现意味着在长期高氮背景下，热带森林生态系统的Ca和 Mg的缺乏与流失应该比Al毒现象更应该受到关注。. 混交林：长期氮沉降增加没有显著改变混交林的各层土壤土壤酸度和可交换铝离子的含量，尽管表层土壤酸度有下降的趋势。氮沉降增加显著降低了表层土壤（0-10cm）的盐基饱和度，但对深层土壤无明显影响；盐基饱和度的降低主要归结于土壤中可交换H+的增加，以及盐基离子（主要是Mg）含量的下降。. 针叶林：长期 氮沉降增加没有改变针叶林的各层土壤酸度和铝离子的含量。然而，土壤盐基饱和度又增加的趋势，特别是在较深层土壤（20-40cm）；盐基饱和度增加的主要归结于盐基离子（如Ca, Mg）含量的明显增加。. （3）三个森林土壤酸化的格局对氮沉降响应的差异主要归结于其不同的土地利用历史和系统的氮状态：混交林和针叶林的氮限制性延迟了氮沉降的酸化效应，而“富氮”的成熟林则相反。. （4）随着森林演替的进展，酸化效应和缓冲能力的响应也日趋敏感。. 该研究首次较系统阐述长期高氮沉降下，热带亚热带地区“富氮”和“氮限制”森林生态系统的土壤缓冲机制，为植物多样性变化提供了重要的机理解释，也为进一步评估氮沉降全球化背景下热带森林生态系统的健康问题提供了理论依据。