模拟氮沉降对森林有机质分解及其自有氮释放的影响和机理

Enhanced atmospheric nitrogen (N) deposition as a global issue is expected to alter global cabon (C)cycling because C and N transformations are coupled in ecosystems. Decomposition of organic matter is a key process of C cycling. However, it is unclear how N deposition affects organic matter decomposition and how exogenous N from deposition affects the inherent N release in organic matter during decomposition. We designed a 3-year-long field decompopsition experiment to examine whether and how the effects of N addition on decomposition depend on organic matter type (litter or soil organic matter), quality (coniferous,broad-leaved and N-fixing tree plantations) and decomposition phase, three factors possibly at work based on our literature review. Microbial and chemical responses to N addition will be measured to investigate the mechanism of N addition effects on decomposition. In addition, field fertilization with stable isotope 15N will be applied to study the effects of exogenous N input on inherent N release during litter and soil organic matter decomposition. Results from this study are expected to help evaluate the effects of N deposition on ecosystem C and N cyclings.

由于碳（C）、氮（N）循环过程在生态系统内密切相关，大气N沉降加剧作为一个全球问题很可能改变全球C循环过程。有机质分解是C循环的关键环节，然而，已有研究未能明确表明N沉降如何影响有机质的分解。此外，沉降输入的外源N对有机质分解过程中自有N释放的影响还鲜见报道。本项目从大量研究中提炼出三个决定加N影响有机质分解效应的方向和大小的主要因素：有机质类型（凋落物或土壤有机质）、有机质品质（针叶林、阔叶林和固氮树纯林内的有机质）和分解阶段，拟在广东鹤山森林生态站进行为期三年的野外分解实验，考察这三个因素如何影响加N对有机质分解的效应的方向和大小，并监测分解系统内相关微生物特性和化学特性对加N的响应，以明确加N对有机质分解过程的影响和机理。此外，设计稳定同位素15N野外施肥实验研究外源N对有机质分解过程中自有N释放的影响。研究结果将为预测N沉降对生态系统C、N循环的影响提供科学依据。

大气N 沉降加剧作为一个全球问题很可能改变全球C 循环过程。有机质分解是C 循环的关键环节，然而，已有研究未能明确表明N 沉降如何影响有机质的分解。此外，沉降输入的外源N 对有机质分解过程中自有N 释放的影响还鲜见报道。本项目在我国亚热带针叶林开展加N实验，考察有机质类型（凋落物或土壤有机质）、有机质品质（针、阔叶林内的有机质）和分解阶段这三个因素如何影响加N 对有机质分解的效应的方向和大小。主要研究结果： .（1）对于新鲜的针、阔凋落叶，加N促进前8个月分解，但抑制后13个月的分解，导致加N对总的21个月的分解速率没有显著影响；对于已经分解一年的凋落叶（易分解组分已耗尽），加N对其后续分解影响不显著。本结果表明：外源N可能通过与凋落物的易分解组分反应生成抑制性物质，降低难分解组分的分解，从而导致加N抑制新鲜凋落物后期分解。加N对凋落物整体分解过程的影响不显著。.（2）加N显著抑制含易分解物质的土壤有机质的呼吸速率，表明加N对土壤有机质易分解组分的矿化起抑制作用，与对凋落物易分解组分的影响相反，可能是因为加N增加了土壤微生物的C利用效率。而对于易分解物质已耗尽的土壤，加N对土壤呼吸的影响不显著，该结果与加N对易分解组分已耗尽的凋落物的影响一致。由于易分解组分占土壤C的比重很小，加N对土壤呼吸的总体影响可能是很有限的。.（3）外源N添加促进土壤和凋落物内源N的矿化、硝化和流失过程。本结果表明大气N沉降将影响森林有机质内源N的转化过程，促进内源N的释放和流失，进而降低土壤对N沉降的固持能力。.（4）在没有植物根系作用的条件下，凋落物和土壤对外源N固持能力低（加N 8个月后，固持率不到30%）。 本研究结果表明植物根系对N的吸收及其周转对外源N在土壤中的截留过程具有重要的作用；在植被覆盖低、淋溶作用较强的地区，大气N沉降将导致系统显著的N输出而引发环境问题。