氮沉降对热带山地雨林土壤有机碳的影响及其机制

The continual increase of nitrogen (N) deposition from human-induced emissions of reactive N was well established as an issue of global significance. It changes the structure and function of ecosystem, however, little is known about how elevated reactive N input has affected the soil organic carbon (SOC) of tropical rainforest ecosystems in China. Our experiment is the first simulated N deposition experiment in tropical rainforest of China, and it build on national key field research station of tropical forest ecosystem in Hainan Island, China. We conduct a full factorial fertilization experiment (4 N treatments ×3 replicates in 20m × 20m plots) for 7 years. We focus on the response of SOC in tropical mountain rainforest to N additions, to address the following items: the impact of N additions on SOC in the tropical mountain rainforest; the influence of N additions on soil physical and chemical properties, soil enzymatical activity and soil microbial community structure and function in the tropical mountain rainforest; soil structure and soil microbial community regulate the SOC with nitrogen additions in the tropical mountain rainforest. This research can help us to understand the mechanism of C sink and source in the tropical forest ecosystem to climate change, and it can provide an important scientific basis for evaluation of response and adaptation of asian tropical rainforest ecosystems to climate change. Our results highlight the importance to curb N emissions, improve natural forest sustainable management of tropical forest.

人类活动所产生的氮排放而引起的大气氮沉降持续增加已经成为全球性的环境问题，而氮沉降会对生态系统的结构和功能产生深刻的影响，因此热带森林生态系统对氮沉降增加的响应与适应性研究已经成为生态学研究的一个前沿问题。本项目利用国内首个热带雨林模拟氮沉降实验样地，以尖峰岭国家级森林生态站为基本研究平台，通过连续7~10年的野外原位氮添加实验，研究热带山地雨林土壤有机碳对长期氮添加的响应及其机制。旨在阐明模拟氮沉降增加背景下热带山地雨林土壤有机碳及其组分的变化特征；揭示是否由于氮添加导致土壤结构和组成以及土壤微生物的改变而驱动了热带山地雨林土壤有机碳的变化，并探讨其驱动机理。本项目的实施，将为阐明热带森林生态系统碳源汇的形成机制及其环境响应、建立和改良适合中国特点的碳模型校验提供基础数据，同时为评估亚洲热带雨林对全球变化的响应与适应性提供理论基础。

人类活动所产生的氮排放而引起的大气氮沉降持续增加已经成为全球性的环境问题，而氮沉降会对生态系统的结构和功能产生深刻的影响，因此热带森林生态系统对氮沉降增加的响应与适应性研究已经成为生态学研究的一个前沿问题。本项目利用国内首个热带雨林模拟氮沉降实验样地，以尖峰岭国家级森林生态站为基本研究平台，通过连续7~10年的野外原位氮添加实验，研究热带山地雨林土壤有机碳对长期氮添加的响应及其机制。旨在阐明模拟氮沉降增加背景下热带山地雨林土壤有机碳及其组分的变化特征；揭示是否由于氮添加导致土壤结构和组成以及土壤微生物的改变而驱动了热带山地雨林土壤有机碳的变化，并探讨其驱动机理。.研究结果表明：氮添加显著增加了土壤全磷含量，而对土壤pH值没有影响，对土壤有机碳（SOC）含量、全氮含量和碳氮比有增加的趋势。氮添加显著影响了山地雨林土壤微生物生物量、群落结构（磷脂脂肪酸法）和胞外酶活性。原始林土壤微生物对氮添加较不敏感，其生物量和群落结构变化微弱，次生林微生物对氮添加更为敏感，土壤总微生物、真菌和丛枝菌根真菌的生物量显著减少，真菌细菌比降低。氮添加增强了原始林湿季土壤水解酶活性。氮和磷添加显著影响了山地雨林土壤呼吸年通量。低氮添加（25 kg N ha-1 yr-1）显著促进了原始林土壤呼吸，可能是因为适量氮增加了微生物活性和促进了异养呼吸；氮添加显著影响了两种森林土壤呼吸的温度敏感性。氮添加增加了海南尖峰岭热带山地雨林林地上部的碳吸收，促进了两种山地雨林的土壤碳排放，这些过程的异质性响应可能与乔木和土壤微生物对氮需求随演替转变有关。.本项目的实施，将为阐明热带森林生态系统碳源汇的形成机制及其环境响应、建立和改良适合中国特点的碳模型校验提供基础数据，同时为评估亚洲热带雨林对全球变化的响应与适应性提供理论基础。