氮沉降对典型城市森林土壤碳截获关键过程的影响机制

Nitrogen deposition has become one of the most important factors affecting carbon sequestration in forest soil. Nitrogen deposition in urban forest is much higher than that of natural forest, but most of urban forests showed the ecosystems of “nitrogen limitation”, so their soil carbon pools show more sensitive to the response to nitrogen deposition. So far, the mechanism of nitrogen deposition affecting soil sequestration in urban forest is still unclear. In this study, Dashushan and Zipengshan constructed for the long-term observed experimental lands of the typical urban forest ecosystems will be selected as the land sites in Hefei, Anhui, and Wanfoshan of natural forest as the control. The simulated nitrogen deposition method will be used to investigate the changes of the key processes of carbon sequestration, including in the decomposition of forest litter and fine root, soil respiration, and soil dissolved organic carbon leaching in response to different gradient levels of nitrogen deposition in urban and natural forests. With an aim to demonstrate the process and mechanisms of carbon sequestration in response to nitrogen deposition in urban forest soil, and its difference between urban and natural forest. This study will help us to understand the response of carbon sequestration to nitrogen deposition in urban forest. Furthermore, it could provide useful information to assess the potential of soil carbon sequestration in urban forests under the background of urbanization and the increasing trend of nitrogen deposition, and to contribute technical support for the sustainable management of urban forest.

氮沉降日益成为影响森林土壤碳截获的一个重要因素。城市森林氮沉降量远高于天然林，但多数表现为“氮限制”生态系统，其土壤碳库对氮沉降的响应更敏感。迄今，城市森林氮沉降对土壤碳截获的影响机制尚未明确。本项目拟以已建立的安徽省合肥市典型城市森林生态系统长期试验样地（大蜀山、紫蓬山）为试验地，以万佛山天然林地为对照，采用模拟氮沉降方法，监测不同氮添加梯度下森林凋落物及细根分解转化、土壤呼吸、土壤溶解性有机碳淋溶等碳截获关键过程的变化。旨在：1）阐明城市森林土壤碳截获关键过程对氮沉降的响应特征，并探讨这些响应特征与森林类型（城市森林、天然林）间的关系；2）揭示氮沉降对城市森林土壤碳截获关键过程的影响机制。本项目的实施，不仅可以为预测未来氮沉降对城市森林土壤碳截获的影响提供理论依据，而且对城市化进程及氮沉降增加趋势下准确评估城市森林土壤碳吸存潜力，实现森林可持续经营提供技术支撑。

氮沉降日益成为影响森林土壤碳截获的一个重要因素。城市森林氮沉降量远高于乡村森林，但多数表现为“氮限制”生态系统，其土壤碳库对氮沉降的响应更敏感。迄今，城市森林氮沉降对土壤碳截获的影响机制尚未明确。本项目中采用模拟氮沉降方法，通过监测不同氮添加梯度下森林凋落物分解转化、土壤呼吸、土壤氮矿化等碳截获关键过程的变化，以研究城市森林土壤碳截获关键过程对氮沉降的响应特征、氮沉降影响城市森林土壤碳截获关键过程的主要影响因子及生物影响机理。. 研究结果表明：土壤呼吸与凋落物质量等主要土壤碳截过程均具有显著的季节变化趋势。不同施氮处理下土壤呼吸和凋落物质量的差异并不显著。凋落物作为土壤碳截获的关键过程，在城市森林中， 低氮（LN，50 kg N·ha−1·yr−1）和高氮（HN，100 kg N·ha−1·yr−1）处理下凋落物总量均呈现出增加趋势。在乡村森林中，凋落物总量在LN处理下增加而在HN处理下降低。总体上，LN处理对凋落物养分C、N、Ca、K和Mg含量多表现出促进作用，而城市森林中HN处理降低了Ca和K含量。土壤呼吸作为土壤碳截获的另一重要过程，其与土壤环境因子（土壤温度、湿度）、土壤微生物群落和土壤理化指标密切相关。与对照（CK，0 kg N·ha−1·yr−1）相比， LN和HN处理改变了土壤微生物群落特征和理化性质特征，总体上增加了城-乡森林的土壤微生物量（MBC、MBN）和土壤养分有效性（DOC、DON、NH4+-N、NO3--N），改变了土壤C/N、pH和EC。研究结果证实了氮沉降通过增加凋落物量，促进土壤有机碳氮养分更多地向地下分配，这为微生物群落提供了更大量的底物，从而推动了土壤微生物生物量的增加和功能特性的变化，最终对土壤呼吸等土壤碳截获关键过程产生重要驱动作用。. 本项目的实施，不仅可以为预测未来氮沉降对城市森林土壤碳截获的影响提供理论依据，而且对城市化进程及氮沉降增加趋势下准确评估城市森林土壤碳吸存潜力，实现森林可持续经营提供技术支撑。