N/S 沉降对亚热带森林土壤N2O/NO排放的激发效应与机制

本项目以亚热带地带性米槠常绿阔叶林为研究对象，利用野外N/S沉降模拟和N2O/NO通量观测并结合氮同位素标记技术，研究模拟N/S沉降对土壤N2O/NO排放的激发效应大小、持续时间与季节变化；分析N/S沉降对土壤基质有效性、微生物生物量、微生物功能群、微生物群落结构等因素的影响，寻找该地区N/S沉降对N2O/NO排放激发效应的关键控制因素；揭示N/S沉降对土壤氮总转化速率变化的影响及土壤氮总转化速率变化与土壤氮氧化物通量之间的关系，量化硝化和反硝化过程对N2O通量的相对贡献，为预测森林土壤温室气体排放及对未来气侯变化的响应、建立、改进和参数化过程模型进行尺度外推、开发减源增汇的有效森林管理措施和编制国家和区域温室气体清单提供科学依据，为我国气候变化谈判提供基础数据支撑。

大量氮沉降输入对森林土壤N2O和NO等温室气体通量的影响有争议，一般认为会促进土壤N2O/NO通量的增加报道。项目组前期研究发现模拟硫沉降也对土壤土壤N2O的排放有显著的激发效应，对NO的激发更明显。于是提出假设：大量大气氮硫沉降输入可能造成拥有巨大土壤氮库的中亚热带湿润地区大量排放N2O和NO。项目组对这些假设进行研究发现氮沉降对土壤氮氧化物的激发效应比想象的复杂，受氮沉降梯度、土壤含水量和森林类型影响显著。野外实验中天然林高氮处理的土壤N2O通量小于低氮处理，出现“抑制效应”，但人工林土壤却未出现抑制，去除了凋落物处理会加强这种抑制效应。室内培养也验证了野外发现的这种现象，且发现外源性的氮对土壤排放N2O和NO产生的影响取决于土壤水分的有效性，高水分有效性能迅速解除抑制效应。该地区高氮沉降对土壤排放N2O和NO产生的抑制可能是暂时的，一旦发生季风降水，提高了土壤水分有效性和NO2-的活性，可能在极短时间内解除这种抑制并大量排放N2O和NO。15N同位素实验表明，土壤N2O主要来源于土壤反硝化过程，且这种反硝化过程可能主要是通过真菌的“共脱氮”来实现，其贡献率可多达80%以上。野外长期研究也发现，土壤的N2O通量与土壤可溶性有机氮(SON)含量有显著相关性，土壤N2O的排放和土壤有机氮之间似乎有很大关联，推测N2O的排放可能主要源于真菌的共同反硝化过程。此外，项目组研究发现硫沉降对土壤氮氧化物排放在短期内确实存在显著的“激发效应”，但似乎持续时间较短。较长时间后，硫沉降对土壤产生N2O/NO的微生物会产生抑制效应，且抑制效应似乎是非可逆过程，硫沉降可能造成土壤碳氮循环的衰竭。