中国南亚热带森林生态系统中氮沉降的去向、储存及其机理

Anthropogenitic atmospheric nitrogen (N) deposition has been increasing rapidly wordwide, and has greatly alerted N cycling at global scale. However, there remains unclear on N sequestration capacity and its fate in forest ecosystems of China. In this project, combining with our previous results and using 15N labeling method, we will examine the fate of deposited N in five representatively subtropical forests of China, and its response to the simulated N deposition gradient. We aim to understand the fate of deposited N and its impacted factors in these forests, and to compare the differences between N-rich and N-limited forests. We will quantify the major sinks of deposited N by measuring N retention in different ecosystem compartments and N leaching, and quantify the direct contribution from deposition N in N-saturated subtropical forest ecosystems at different N deposition levels. This study will be conducted in the long-term N addition experimental forest sites, including the first established long-term N addition experimental forest sites in China. Results from this study will theoretically provide new understanding on the fate of deposited N in N-rich forests, and on the differences of the fate of deposited N and its impacted factors in there subtropical forests. In practice, the results will provide data base to assess effects of N deposition on C sequestration in regional forests, and to contribute useful information to sustainable forest and environmental management.

人类活动导致活性氮的排放及其沉降迅速增加，并对全球氮素循环产生了重大影响。在前期研究积累的基础上，本项目利用同位素15N示踪法，通过研究氮沉降在中国南亚热带森林（季风常绿阔叶林、针阔叶混交林、马尾松针叶林、大叶相思林和尾叶桉林）共五个典型生态系统中的储存、迁移及其对长期摸拟氮沉降增加梯度的响应特征，实现如下目标：揭示氮沉降在南亚热带代表性森林生态系统中的分配、去向及其影响因素；探讨氮沉降在“氮饱和”和“氮限制”生态系统中的储存与去向特征；分析豆科人工林与非豆科人工林对氮沉降的储存与分配特征；阐明长期氮沉降背景下我国南方森林的氮素储存潜力及其机制。理论上为“富氮”森林生态系统领域方面的研究做出原创性贡献，实践上为我国开展该方面的研究提供范例；其结果不仅为评估和预测未来氮沉降对我国森林生态系统碳氮循环和环境影响方面提供数据支持，而且可为我国制定碳氮氧化物的减排等政策提供科学依据。

人类活动导致了活性氮排放及其沉降速率迅速增加，并对全球氮素循环产生了重大影响。本项目利用同位素15N示踪法，通过研究氮在中国南亚热带森林（季风常绿阔叶林、马尾松针叶林、大叶相思林和尾叶桉林等典型生态系统）中的储存、迁移及其对长期摸拟氮沉降增加的响应特征，旨在揭示氮沉降在南亚热带不同氮状态森林生态系统中的分配、去向及其影响因素。研究发现：（1）季风常绿阔叶林的标记15N回收率（约为72±6%）高于邻近受人类活动干扰的马尾松针叶林（58±5%），表明人工林在遭受人为干扰和长期氮沉降的情况下氮保留水平较低。与其他类似的15N标记试验的结果比较表明，热带和温带森林生态系统的沉降氮保留模式相似，同时长期氮沉降降低森林的氮保留能力。（2）大叶相思豆科林对沉降氮有较很高的留存潜力，且长期氮添加并不会影响豆科林较高的氮留存潜力（75±5%）。豆科林相比于非豆科林较高的氮留存潜力（56±4%）主要由冠层豆科树驱动，因此将豆科/固氮树种纳入全球氮循环模型可降低陆地生态系统氮收支估算和碳汇评估的不确定性。（3）磷添加增加非固氮林对标记15N的吸收，但是并不增加固氮林对沉降氮的固持。说明生态系统内氮磷循环存在耦合关系，同时受到森林氮状态或树种固氮属性的影响。以上发现为回答南亚热带森林生态系统氮沉降的去向、储存及其机理的科学问题提供关键的数据支撑，具有重要的科学价值。此外，我们还在氮沉降背景下生态系统的响应与适应、土壤碳吸存和生物固氮等方面取得系列重要研究进展。项目执行以来，已发表SCI论文34篇（包括Nature Geoscience，PNAS，Ecology Letters，Global Change Biology等），培养了硕士生6名，博士生8名，3名博士后完成在站工作。项目组骨干成员获得国家自然科学基金优秀青年基金、中科院青年创新促进会优秀会员和中科院优秀毕业论文等多项重要学术荣誉。