氮沉降对暖温带油松林碳吸存影响机制研究

Nitrogen depostion is an important factor that affets forest carbon sequestration. How nitrogen deposition influences carbon sequestration potential is still not very clear. This project is performed to research on Pinus tabulaeformis forest, which is the typical forest type in warm temperate zone in China. Through simulated nitrogen deposition experiment, the research is implemented to study the underlying mechanisms of nitrogen deposition on above- and belowground carbon sequestration and develop theoretical model of forest carbon sequestration driven by nitrogen deposition in the plantation and natural forest of Pinus tabulaeformis. The main topics are to: understand the effects of litter treatments (litter exclusion, root exclusion, litter and root exclusion) and different nitrogen levels on soil respiration. The innovation of this project is that we attampt to explore the underlying mechanisms of nitrogen deposition on forest carbon sequestration from aspects of tree growth, soil chemical and physical properties, soil enzyme activity, microbial biomass and microbial activity.These results of this project play an importan role in understanding forest carbon sequestration potential under the context of increasing atmospheric nitrogen deposition.

氮沉降是影响森林碳吸存的重要因素，氮沉降是如何改变森林生态系统碳吸存能力的目前尚不清楚。本项目以暖温带油松林为研究对象，通过不同施氮水平的氮沉降模拟实验，研究氮沉降对森林碳吸存的影响机制。主要研究内容包括：探讨不同凋落物处理方式（去除凋落物层、切除根系、去凋加切根）和施氮水平对土壤呼吸的影响。本项目创新性在于尝试从林木生长、土壤理化性质等方面探索氮沉降对油松林碳吸存的影响机制。项目研究结果对认识氮沉降驱动下的油松林碳吸存能力具有重要意义。

本项目完成了研究任务内容和目标，发表CSCD论文7篇，培养硕士研究生2人。具体研究成果如下：以太岳山油林为研究对象，对林地分别作3种凋落物处理:对照（C）、去凋（B）、去凋+切根（A），并设计了4个氮水平：对照（CK，0 kg•hm-2•a-1，以N计，下同）、低氮（LN，50 kg•hm-2•a-1）、中氮（MN，100 kg•hm-2•a-1）和高氮（HN，150 kg•hm-2•a-1），于2010~2012年生长季测定土壤呼吸速率的动态变化，并分析了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化，以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性、细根生物量的关系。结果表明：（1）去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰，随即下降，切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定，而对照处理土壤呼吸速率一直处于下降状态。施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率，而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率，并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致，土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度相关性不显著（P>0.05），而与土壤温度的相关关系显著（P<0.05），以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型Rs=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型，施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型（Rs=aebT）的决定系数R2，并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10，而对对照处理的Q10无明显影响。（2）发现随着观测年限的推移，对照处理的土壤呼吸速率、去凋处理的土壤呼吸速率、凋落物层的呼吸速率对氮沉降的正响应逐渐减弱。土壤呼吸速率在去除凋落物条件下降低了28.99%，而土壤呼吸速率的变化幅度在施氮条件下呈降低趋势。土壤温度解释了土壤呼吸速率变异的37.3%~62.2%，并与土壤呼吸速率存在显著指数相关（P<0.05），去除凋落物降低了模型决定系数R2；以土壤温度和土壤水分构建的复合关系方程拟合效果均好于单因子模型，土壤温度和水分共同解释了土壤呼吸季节变化的67.6%~85.6%，并且施氮降低了去凋处理的复合模型决定系数R2，而对对照处理没有显著影响。施氮提高了土壤微生物生物量C、N，并且土壤微生物生物量C、N与土壤呼吸速率呈显著正相关（P<0.05）。说明氮沉降、凋落物是影响油松林土壤CO2通量的两