土壤有效N影响油松细根分解的过程和机制

The increasing soil available nitrogen, caused by raising N deposition, is altering the nutrient cycle, energy flux and the C pool balance through influencing the fine root decomposition. It is not clear about the effect of the soil available N on fine root decomposition (FRD) for the study gaps in theory and deficient research methods. Based on the 13C stable isotope pulse labeling, pot experiments and field experiments including buried litterbag and intact core methods, the following questions will be studied: (1) how does the soil available N influence the chemical components (FRCC) of fine root, microbes characteristics (MC), enzyme activities (EA) and soil properties (SP) in Pinus tabuliformis in the loess plateau; (2) how do the FRCC, MC, EA and SP influence the decomposition processes of fine root; and (3) how does the reciprocity among the above factors influences the decomposition processes. We hope to clarify the mechanism of the effect of soil available N on fine decomposition in theory, and to predict the effect of increasing N deposition on fine decomposition, and to provide a reference for pinus tabuliformis cultivation and management in the Loess Plateau.

在全球大气N沉降持续增加的背景下，土壤有效N升高通过影响细根的分解过程改变着生态系统的养分循环和能量流动，并对全球生态系统的碳平衡产生深远影响。受理论和研究方法的限制，目前对土壤有效N如何影响细根分解的过程和机理尚不清楚。本项目以黄土高原植被恢复过程中广泛种植的人工油松为研究对象，以田间和盆栽施肥实验为基础，通过埋袋法、原状土芯法和13C稳定同位素标记等方法，重点研究：（1）土壤有效N对油松细根化学组成、菌根特征、微生物特征、酶活性和土壤理化性质的影响；（2）细根化学组成、菌根特征、微生物特征、酶活性和土壤理化性质分别对细根分解过程的影响；（3）上述因子的耦合作用影响细根分解的过程和机制。本研究期望从理论上阐明土壤有效N影响细根分解的过程和机制；在实践上预测因大气N沉降或施N引起的土壤有效N升高对油松细根分解的潜在影响，从N肥管理角度提出人工油松林培育与经营的策略。

在全球大气氮（N）沉降持续增加的背景下，土壤有效N升高可能通过影响细根的分解过程改变森林生态系统的养分循环和碳平衡。本研究以黄土高原油松为研究对象，以田间和盆栽施肥实验为基础，通过埋袋法和13C稳定同位素标记等方法，研究了N添加影响油松细根分解的过程和机制。结果表明：（1）土壤有效N升高降低了油松1-2级根序的根长、根面积和菌根侵染率，但对粗根（3级以上根序）的形态特征无显著影响，但提高了粗根中柱和管胞直径，并提高了根系水力导度；（2）不同径级（0-0.5，0.5-1，1-1.5，1.5-2mm）根系中化学元素（C、N、P）含量和不同组分（可溶性糖、淀粉、纤维素、木质素、灰分）含量有显著差异，而且化学元素和组分对N添加的响应也不相同；（3）N添加显著抑制了0-0.4mm细根中纤维二糖酶和酸性磷酸酶活性，但对其它径级细根无影响；（4）土壤有效N对细根分解过程中C、N、P元素释放模式的影响不同。 比如，低N添加（3 g N m-2 yr-1）促进了0-0.5mm细根中C元素释放；中N添加抑制了0.5-1mm细根N、P元素释放，所有N处理促进了1-2mm细根N元素的释放；（5）N添加对淀粉、糖、木质素和纤维素分解的影响不同。高N添加（9 g N m-2 yr-1）促进了0-0.5mm细根中可溶性糖和淀粉的分解，但对其它径级无显著影响；（6）不同径级细根分解残留率的动态变化不同，对N添加响应不同。比如，分解到300天时0-0.5mm细根损失26.47%，0.5-1mm细根损失28.24%，1-2mm细根损失33.46%，即粗根分解较快；N添加降低了0-0.5mm细根分解速率，但对其它细根无影响；（7）木质素和纤维素含量与细根分解速率负相关，而纤维二糖酶和酸性磷酸酶活性与分解率正相关。结论：油松根系为层级系统，不同根序（或径级）细根在形态、解剖结构、化学组成和分解过程方面有显著差异，对土壤有效N变化的响应也不相同。全球N沉降可能通过影响根系，尤其较细的细根（比如1和2级根序，或0-0.5mm的根系）影响根系的分解过程，从而对森林养分循环和碳平衡产生深远影响。