利用生态网络分析（ENA）研究南亚热带森林氮循环对不同形态氮输入的响应

The nitrogen cycle involves the movement of nitrogen among various components of the ecosystem, which is of integrity and complexity. Human activities have greatly increased the nitrogen input to forest ecosystems, which greatly alters the processes of the nitrogen cycle. However, current studies mostly focus on partial processes of the cycle, and provide little information about the changes of the nitrogen cycle at the system level. Thus, it is important to systematically integrate previous pieces of knowledge and investigate how the nitrogen cycle responds to nitrogen deposition as a whole. This project aims to develop nitrogen cycling network of southern subtropical forest ecosystem at Dinghushan, and uses Ecological Network Analysis (ENA), from a holistic perspective, to study system-wide properties of the nitrogen cycle, and the effects of nitrogen deposition on the nitrogen cycle. This project helps to understand the responses of nitrogen cycle to nitrogen deposition and provides scientific basis for making management policies.

氮循环包括氮在生态系统各个组分间的迁移和转化的全部过程，具有整体性和复杂性。人类活动极大的增加了森林生态系统的氮输入，改变了系统原有的氮循环模式和进程。然而，目前的研究大多集中在氮循环的单一或局部过程，很难从生态系统水平上反映氮循环的整体变化，从而无法准确获知不断加剧的氮沉降在生态系统层面上对森林氮循环的影响。本课题拟以广东省鼎湖山南亚热带森林生态系统为研究对象，通过整合该地区已有研究结果，结合大样地定期调查，构建氮循环网络模型，利用生态网络分析（ENA）从整体和全局的视角揭示南亚热带森林生态系统氮循环特征，比较不同形态氮输入（铵态氮和硝态氮）对森林生态系统氮循环的影响。该研究有利于更好的认识南亚热带森林生态系统氮循环对氮沉降的响应机制，进而为制定合理有效的氮管理措施提供科学依据

森林生态系统氮循环是一个复杂的综合体。氮沉降改变了系统原有的氮循环模式和进程。氮沉降的主要成分是铵态氮和硝态氮，两者的含量和比值存在年际间和年际内变化。不同形态氮进入森林生态系统后的转化过程各不相同，相应对森林生态系统氮循环的影响也存在差异。然而，目前对于不同形态氮输入对森林生态系统整体上氮素转化的影响还未知。本课题以南亚热带森林生态系统为研究对象，通过整合该地区已有研究结果，结合大样地定期调查，构建氮循环网络模型，利用Daycent模型和生态网络分析方法从整体和全局的视角揭示不同形态氮输入（铵态氮和硝态氮）对南亚热带森林生态系统氮循环的影响。. 研究结果：硝态氮和铵态氮沉降均导致南亚热带森林土壤N2O和NO排放速率以及氮素淋溶损失不断增加。与硝态氮相比，铵态氮输入导致更高的N2O和NO排放，并且铵态氮输入下N2O和NO排放速率相对于硝态氮输入下两者排放速率的相对优势随时间呈现出不断增加的趋势。与N2O和NO排放结果相反，硝态氮输入相比于铵态氮输入则导致更高的氮素淋溶损失量。然而，铵态氮和硝态氮输入下氮素淋溶速率比值随时间趋于稳定。以上结果说明，一方面在氮沉降增加背景下，南亚热带森林生态系统整体上氮素损失风险增加，从而很可能对区域环境产生不断加剧的不利影响；另一方面，不同形态氮输入强烈改变森林生态系统氮素不同损失途径的相对贡献，从而影响氮沉降背景下森林生态系统的环境影响评价以及具体应对措施。基于本研究，结合氮沉降总量不断增加、同时硝态氮沉降比例不断增加的未来情境，我们预测：南亚热带森林N2O、NO排放和氮素淋溶损失均呈现增加趋势；N2O和NO排放速率会有所趋缓；氮素淋溶损失速率则可能有所增加。.本研究首次将生态网络分析应用于我国森林生态系统氮循环研究，有助于我们科学评价亚热带森林生态系统氮循环对未来不断加剧氮沉降的响应机制，最终对于制定科学有效的应对措施具有重要参考价值。