中国东部典型森林生态系统氮储量、分配格局及其影响机制研究

Nitrogen is necessary elements for the growth and development of plants in terrestrial ecosystems. Understanding the patterns of plant nitrogen allocation and the driving factors are of great significance to reveal plant nutrient utilization strategies and the global nitrogen cycle. Much effort has been made to improve understanding of nitrogen allocation and influencing factors at the level of cells, individuals and species. To data, however, few studies have studied nitrogen allocation in different ecosystem component (vegetation and soil), plant organs (leaf-branch-stem-root) and their influence mechanism in natural forest communities or ecosystems, especially lacking large scale study. In this study, based on the previous work of our research team, we will conduct a comprehensive sampling survey and standard laboratory tests on 32 typical natural forest ecosystems in eastern China, and get a systematic database, including community structure data, nitrogen content of all species organs and soils, microbes, soil physical and chemical properties, and climate data. Then, we will use these basic data to quantitatively reveal the nitrogen storage, allocation pattern and their influencing mechanisms of natural forest ecosystem at the species-community-ecosystem scale. This study will facilitate the understanding of the nitrogen allocation in forest ecosystem and nitrogen cycle at the ecosystem and regional scale, and provide theoretical basis for revealing the response and adaption of forests in Eastern China to global changes from the perspective of the reactive nitrogen in vegetation. Furthermore, the distribution of reactive nitrogen could provide theoretical support for the sustainable development, utilization and management of forests.

氮是植物生长和发育必需的重要元素，弄清植物氮分配格局及其影响因素，对揭示植物养分利用策略和全球氮循环均具有重要意义。学者们从植物细胞、个体和物种水平对氮分配策略开展了大量的研究工作；但对天然森林群落（或生态系统）植被和土壤、植被叶-枝-干-根氮分配特征和调控机制的研究极少，跨区域的研究还未见报道。本项目将结合研究团队的前期工作，以中国东部32个典型森林生态系统为对象，基于系统性调查数据（群落结构数据、样方内所有物种叶-枝-干-根和土壤氮含量数据、土壤理化性质、土壤微生物和气候数据），从物种-群落-生态系统多尺度定量揭示中国东部典型森林生态系统氮储量、分配格局及其影响机制。研究结论将提升人们对群落-生态系统-区域氮储量分配规律及其影响机制认识的不足，并从植被活性氮库角度为揭示中国东部森林对全球变化的响应与适应提供理论依据，同时还从活性氮分配角度为森林可持续发展、利用和管理提供理论支撑。

氮是植物生长和发育必需的重要元素，弄清氮分配格局及准确评估区域氮储量对揭示全球氮循环具有重要意义。本项目先以中国森林生态系统为研究对象，利用2011~2015年间4420个系统的地面调查数据，采用分生态区统计法估算了中国森林生态系统氮密度，并探讨了其空间分布格局及主要影响因素。同时，结合全国大量的地面观测数据，系统估算了中国陆地生态系统氮储量。结果显示：(1)中国森林生态系统氮密度为14.45 t N hm–2，其中约94.05%的氮分配在土壤中；(2)森林生态系统氮储量及其分配比例系数均表现出一定的经度和纬度变化规律，气候是调控森林生态系统氮储量空间分布格局的主要因子，土壤质地是调控森林生态系统氮分配空间格局的主要因子；(3)中国陆地生态系统总氮储量为10.43 Pg N，其中植被和土壤氮储量0.29和10.14Pg N；(4)植被不同器官氮储量差异较大，其中62.07%的植被氮储量分配在植物活跃器官(叶和根)；(5)植被和土壤氮储量的空间分布格局不同，其中植被氮储量主要受气候要素调控，土壤氮储量主要受气候和土壤养分共同调控。本项目首次从区域尺度(或国家尺度)揭示了森林氮库及其分配规律, 不仅提升了人们对森林生态系统氮储量及其分配规律的认识, 也为森林生态系统氮管理提供了重要的科学依据。此外，本项目首次系统评估了中国植被氮储量，完善了中国区域氮循环研究，同时提供了一套中国不同气候区域、不同类型生态系统的植物各器官(叶、枝、干和根)和不同深度(0–20 cm和0–100 cm)土壤氮密度和储量数据集，为生态系统过程模型提供了区域氮循环基础参数。