南亚热带典型人工林土壤氮转化关键过程的制约因素及其调控机制

Soil nitrogen as one of the main limiting factor in plant growth and forest ecosystem primary productivity, the changing of forest soil nitrogen transformation processes will cause the entire forest ecosystem productivity and material circulation, then change the global climate. However, soil nitrogen transformation in forest is an extremely complex process because of the interactive effects of biotic and abiotic factors. The objectives of this study are reveal the constraints and regulation mechanisms on the key process of soil nitrogen transformation in typical forests in the south subtropical China. By combining long-term field investigations and laboratory controlling experiments, our objectives are to explore: (1) the critical factors and main regulatory pathway of soil microbial community on the variation of soil nitrogen transformation in different forest types; (2) the relationship between specific microbial groups and soil nitrogen transformation process; (3) the roles and potential mechanisms on the regulation of soil nitrogen transformation by key biotic and abiotic factors; (4) the distribution of each component in soil nitrogen pools. The outcomes of this study is anticipated to provide scientific basis for adjustment of nitrogen transformation process, improvement of nitrogen utilization efficiency and elimination of its negative effects thought tree species selection, forestry manage model and measures.

土壤N作为植物生长和森林生态系统初级生产力的最主要限制因子之一，其转化过程的改变会导致整个森林生态系统生产力和物质循环发生变化，从而影响全球气候变化。但土壤N的转化过程由于受一系列生物和非生物因子相互作用的影响，是一个极其复杂的过程。本研究以揭示人工林土壤N转化关键过程的制约因素及其调控机制为目标，选择南亚热带典型人工林类型作为研究对象，采用野外长期监测和室内控制试验相结合的方法，重点探究：（1）不同人工林类型土壤N转化的变化规律及其微生物调控的主要路径和关键控制因子；（2）特定的微生物类群与土壤N转化之间的关系；（3）关键生物和非生物因子在调控土壤N转化中的作用；（4）典型人工林土壤N库各组分的分布规律。为定向调控土壤N的转化过程，提高土壤N的有效性和降低其对环境负面效应的树种选择、经营模式和措施等方面提供重要科学依据。

土壤氮（N）作为植物生长和森林生态系统生产力的最主要限制因子之一，森林土壤N转化过程的改变会导致整个森林生态系统生产力和物质循环发生变化，从而影响全球气候变化。但土壤N的转化过程由于受一系列生物（植物和微生物）和非生物（土壤和气候）因子相互作用的影响，是一个极其复杂的过程。本研究以揭示人工林土壤N转化关键过程的制约因素及其调控机制为目标，选择南亚热带典型人工林类型作为研究对象，采用野外长期监测和室内控制试验相结合的方法，重点探究：（1）珍贵乡土阔叶树种在低磷人工林中其土壤N的转化过程及其关键驱动因素；（2）马尾松和桉树与珍贵固氮树种混交对土壤N有效性及其转化的影响；（3）特定的土壤微生物类群在土壤N转化中的作用；（4）模拟控制环境因子（pH值和水）对南亚热带典型人工林土壤N转化过程的影响。研究结果表明：（1）乡土阔叶树种在低磷限制下能通过改变土壤微生物结构和生理功能显著提高人工林表层土壤N含量、N有效性及其转化（p<0.05）；（2）在连续短周期经营的二代桉树林中套种珍贵固氮树种，将是有效提高桉树林土壤N含量、N有效性及其转化的一种有效经营措施；（3）马尾松林与固氮树种混交，对提高马尾松林土壤养分，特别对提高其土壤N有效性和转化速率有显著的促进作用（p<0.05）；（4）真菌群落对桉树人工林土壤N矿化和硝化速率的控制作用显著大于细菌群落；（5）不同用量的生物质炭显著提高马尾松和桉树林退化土壤的pH值，随着生物质炭用量的增加，提升N代谢相关的酶活性，显著提高土壤N的净硝化速率（p<0.05）；（6）在生态系统层面上模拟穿透雨减少50%时，土壤微生物生物量显著减少（p<0.05），减雨处理导致细菌群落的改变将是影响马尾松林土壤N转化的重要因素。本研究初步阐明了南亚热带典型人工林土壤N转化关键过程的调控机制及其重要控制因子，为定向调控土壤N的转化过程，提高人工林土壤N的有效性的树种选择、经营模式和措施等方面提供重要科学依据。