黄土高原丘陵沟壑区森林氮沉降及其对碳吸存的贡献

Nitrogen deposition is an important source of nitrogen in forest ecosystems. The increase of nitrogen deposition will change the biogeochemical cycle, and then influence carbon sequestration of forest ecosystems. Nitrogen deposition, nitrogen cycle and carbon sequestration are becoming the focus of researches in forest ecosystems. This study will be carried out at Ziwuling forest region on the Loess Plateau. Nitrogen deposition will be monitored continuously by ion-exchange resin technique, also nitrogen-15 signals of leaf-litter-soil continuum and the distribution of nitrogen deposition in different components will be observed by 15N stable isotope technique. Based on the measurements above, the spatio-temporal variation of nitrogen deposition, the source, transformation and distribution of nitrogen will be revealed. Then, the relationship between nitrogen deposition and carbon sequenstration will be established, and fureher the contribution of nitrogen deposition to carbon sequenstration will be estimated. Our work will accuratly estimate nitrogen deposition and its contribution to carbon sequenstration, and provide theoretical bases for forest operation and management.

氮沉降是森林生态系统重要的氮素来源，氮沉降量的增加必然会对森林生态系统的生物地球化学循环产生干扰，进而影响其碳吸存能力。森林生态系统的氮沉降水平、氮循环状况及碳吸存能力日益成为森林生态系统研究的重点。本项目以离子树脂、同位素示踪等技术为手段，监测黄土高原丘陵沟壑区子午岭不同森林植被类型的氮沉降通量，探明叶片-凋落物-土壤连续体中的δ15N值的变化规律和氮沉降在不同组分中的分配比例，揭示氮沉降的时空变异特征以及氮素的来源、转化和去向，探讨并建立氮沉降和碳吸存之间的关系，进而估算氮沉降对碳吸存的贡献。通过该项目的研究，实现对黄土高原丘陵沟壑区森林生态系统氮沉降的定量描述和氮沉降对碳吸存贡献能力的科学评估，从而为该地区未来森林碳吸存的研究以及森林的经营和管理提供科学依据。

本项目以离子树脂、同位素示踪等技术为手段，监测了黄土高原丘陵沟壑区子午岭不同森林植被类型的氮沉降通量，分析了叶片-凋落物-土壤连续体中的δ15N值的变化规律和氮沉降在不同组分中的分配比例，揭示了氮沉降的时空变异特征以及氮素的来源、转化和去向，探讨并建立了氮沉降和碳吸存之间的关系，进而估算了氮沉降对碳吸存的贡献。结果表明（1）辽东栎林和油松林大气氮沉降季节变化均呈现明显的单峰型，即在生长初期和末期氮沉降通量较低，在7-9月份氮沉降通量最高。辽东栎和油松林森林生态系统穿透雨中的氮沉降通量年均值分别为5.97 kg N hm2 a-1和6.93 kg N hm2 a-1，均低于大气降水的氮沉降通量的年均值8.37 kg N hm2 a-1，并且相对于 NO3--N，NH4+-N 是氮沉降的的主要存在形式，说明该地区主要以农业发展为主。（2）无论是油松林还是辽东栎林，其植物叶片和凋落物与土壤N和P含量和化学计量特征均呈显著的线性相关，充分说明土壤中N、P供应量影响植物体中的N、P含量，以及植物叶片、凋落物和土壤养分间的互动关系。植物以光合作用固定有机质，并在完成自身生活史后以枯落物的形式将营养元素返回到土壤中，形成了森林生态系统植物叶片＞凋落物层＞土壤的养分格局。辽东栎林和油松林中δ15N表现出和N、P含量相反的变化规律，即植物叶片<凋落物层<土壤，说明了植物叶片在脱落的过程中发生了15N的富集。（3）辽东栎林15N固持率高于油松林，但是两种森林类型15N固持率变化规律相似，及随着时间推移，两种森林类型中15N固持率均有所下降。此外，生态系统中凋落物层对15N固持的贡献最大，其次是土壤，植物体对15N的固持所占比例都较小，不足10%。氮沉降引起的碳吸存在辽东栎林植被和土壤中的分布相当，而在油松林中氮沉降引起的碳吸存大约有2/3储存在土壤中。