全球变暖是否能够抵消N沉降对中亚热带森林凋落物分解的抑制作用？

Our previous studies show that forest litter decompositions were constrained by nitrogen deposition but promoted by phosphorus addition in subtropical area of China with highly weathered soil widespread and extremely low soil phosphorus availability. Under the scenario of global warming, the effect of temperature increase combined with nitrogen deposition on litter decomposition remains unclear. The present program are going to set up four treatments, which are control, soil warming, nitrogen addition, nitrogen combined with soil warming. The nylon bags are employed to measure the dry mass and lignin loss of Castanopsis kawakamii and Cunninghamia lanceolate leaf during the decomposition process. The molecular-based approaches are adopted to characterize the dynamics of diversity and abundance of basidiomycete laccase genes, and other relevant microbial community in mineral soil. Furthermore, the extracellular enzyme activity both in litter and soil are examined and the soil nitrogen and phosphorus distributed pattern in the soil profiles are measured for all the four treatments. By comparing the treatment effect with each other, we aim to verify the hypotheses: (1)soil warming enhances litter decomposition by stimulating enzyme activity; (2) soil warming imposes stronger effect on the decomposition of Cunninghamia lanceolate leaf with higher quality; (3) soil warming is beneficial to the expression of basidiomycete laccase genes, thereby enhances the oxidative enzyme activity; (4) soil warming improve soil nitrogen and phosphorus availability and at the same time accelerates the leaching of nitrate to the subsoil. Consequently, enzyme activity, especially oxidative enzyme activity are enhanced to mediate the constraint effect of nitrogen on litter decomposition.

我们前期的研究发现在土壤风化严重、磷有效性低的中国亚热带地区，氮沉降抑制而磷添加促进了森林凋落物的分解。在全球变暖的背景下，温度升高和氮沉降的交互作用如何影响凋落物分解尚不明确。本项目依托已建立运行的格氏栲天然林和杉木人工林土壤增温平台，分别设置对照、增温、氮添加、氮添加×增温四个处理；采用网袋法测定格氏栲和杉木叶的干重和木质素损失；利用分子生物学技术测定真菌虫漆酶基因的表达和相关功能类群的变化；同时测定分解过程土壤和凋落物胞外酶的活性，以及各处理氮磷养分在不同土壤层的分配。通过比较不同处理的效应，验证（1）增温提高总体酶活性而促进凋落物分解；（2）增温对高质量的格氏栲凋落物分解促进更大；（3）增温有利于真菌虫漆酶基因的表达而促进氧化酶活性提高；（4）增温使硝态氮向土壤底层淋溶，表层磷有效性提高而提高胞外酶，特别是氧化酶的活性，从而抵消了氮沉降对凋落物分解的抑制作用的假说。

根据热力学假说，凋落物分解随温度升高而加速，而我们的前期研究发现N沉降抑制了中亚热带森林凋落物的分解。作为全球变化的两个重要因子，增温和N沉降交互作用如何影响亚热带森林凋落物的分解尚不清楚。本研究利用亚热带地区建立的森林土壤增温平台探讨增温对不同N含量凋落物在两个增温样地的分解及其微生物学机制。主要内容可以分为以下几个部分：1. 格氏栲、杉木凋落叶和杉木绿叶在天然林和杉木人工林增温样地的分解，包括干重损失，N、P养分释放，化学组成变化，揭示增温对亚热带主要森林生态系统凋落物分解的效应；2. 格氏栲和杉木凋落叶的互置实验，揭示亚热带主要森林凋落物分解的主场效应；3. 互置的格氏栲和杉木凋落叶在增温和对照样地的分解，揭示增温对凋落物主场效应的影响；4. 格氏栲和杉木凋落物分解过程中胞外酶活性和微生物群落和结构的动态及其与分解速率的关系。研究发现：1.增温并未促进亚热带森林凋落物分解，其中增温未显著影响格氏栲凋落叶和杉木绿叶的分解速率，但是却显著抑制了杉木凋落叶的分解速率；2. 在两年的分解期结束，格氏栲和杉木绿叶分解养分释放没有增温效应；增温对C、N、P的残留率没有显著影响而化学组分中的酸不溶性组分在增温的情况下分解下降； 3. 格氏栲和杉木凋落物分解存在显著的主场效应，它们在各自的主场分解更快；4. 增温使格氏栲和杉木凋落叶分解的主场效应从正转变为负效应；5. 凋落物分解过程中酶活性和微生物群落结构的变化未能很好的解释分解速率的变化，而是凋落叶的含水率动态与分解速率密切相关；6. 增温导致了杉木凋落叶物理化学性质的变化，增温使凋落叶养分重吸收下降。.土壤增温未促进亚热带森林凋落物的分解，而显著抑制了杉木凋落叶的分解。这个发现表明，在未来全球变暖的情境下，亚热带森林凋落物分解对全球变暖起负反馈的作用。然而值得注意的是，本项目仅采用了两种凋落叶，未来应增加不同凋落物种类以阐明亚热带森林凋落物分解对全球变暖的响应。..