林冠模拟氮沉降和增雨对亚热带阔叶林凋落物分解的影响及机理

The atmospheric nitrogen (N) deposition and precipitation changes have significantly altered terrestrial ecosystem carbon and nitrogen cycles. In this project, we will investigate the response of litter decomposition processes to N deposition and precipitation changes in a Canopy Addition of Nitrogen and Water Experiment (CANWE) in subtropical forest. We plan to measure the changes of litter quantity, quality and decomposition rate under different N deposition and precipitation treatments, and monitor the response of soil surface C fractions, soil microbial composition and soil enzymes to N depostion and precipitation changes. We focus our objectives on the followings: 1)to clarify the relationships between litter quality and decomposition rate, and between soil organic carbon accumulation and litter decomposition; 2)to explore the function of soil microorganisms and soil enzymes in litter decomposition processes under the canopy N deposition and precipitation change; 3) to assess the different effects of canopy and understory stimulated nitrogen deposition on litter decomposition. Results from this study will theoretically provide new understanding on the responses of litter decomposition and carbon cycling to canopy N deposition and precipitation change in subtropical forests, and contribute useful information to understand forests response to global climate change.

大气氮沉降与降雨格局变化是当前我国森林生态系统面临的重要环境压力，本项目研究该二个全球变化因素对在森林碳循环中占有重要地位的凋落物分解转化过程的影响。项目将在位于我国中部地区的大型林冠氮沉降和降雨变化野外试验平台开展，将通过（1）测定不同氮沉降水平与降雨变化处理下森林凋落物数量与质量的变化，（2）试验优势树种凋落物在各处理环境下的分解转化，（3）分析地表土壤碳储量及碳构成对二处理因素的响应，（4）监测凋落物分解过程中地表土壤微生物群落动态与土壤酶活性的动态，弄清氮沉降与降雨变化作用下凋落物质量变化与分解过程的关系，地表枯落物消长与表土层有机碳积累的关系，以及地表微生物与土壤酶在凋落物分解过程中的贡献与作用机理；在方法学上评估林冠氮沉降处理与林下处理的差异，最终全面阐明氮沉降与降雨变化对中亚热带阔叶林地表凋落物分解与转化过程的影响，以及评估其对林地表层土壤碳积累的可能影响。

大气氮沉降与降雨格局变化是当前我国森林生态系统面临的重要环境压力，本项目研究该二个全球变化因素对在森林碳循环中占有重要地位的凋落物分解转化过程的影响。本项目通过测定不同氮沉降水平和氮沉降模式处理下森林凋落物数量与质量的变化，试验优势树种凋落物在各处理环境下的分解转化速率，分析地表土壤碳储量及碳构成对氮沉降模式和氮沉降量的响应，并监测了枯落物分解过程中地表土壤微生物群落动态与土壤酶活性的动态，阐明了氮沉降模式与氮沉降量对中亚热带阔叶林地表凋落物分解与转化过程的影响，并评估了对林地表层土壤碳积累的可能影响。研究结果发现不同林冠和林下氮沉降处理对年凋落物量并没有显著的影响。此外通过对处理后凋落物氮磷养分的测定也发现林冠和林下加氮处理没有显著的影响凋落物中的氮磷含量。我们进一步通过2年的分解实验发现林冠和林下氮沉降影响了凋落物分解速率。但由于处理内差异较大，并未表现出显著的统计学变化。但通过进一步分析氮磷养分随时间的变化我们发现在开始分解后的一年内凋落物中的氮磷养分都是显著增加的。显示出分解早期微生物需要从土壤中吸收氮磷养分以缓解凋落物中氮磷养分的不足，是一个养分固持的过程。这种情况随着分解进程的进行而逐渐变为养分的净释放。我们的结果发现在分解1年后，不同物种和不同处理下凋落物的分解均成为一个养分净释放的过程。无论是林冠还是林下N沉降处理方式，对土壤有机C均没有显著的影响；但是土壤可溶性总C和微生物生物量C对林冠和林下N沉降处理方式表现出不同的响应模式：林冠模拟氮沉降提高了微生物量碳，而林下氮沉降降低了微生物量C，增加了可溶态有机碳含量。林下氮沉降降低了与C循环密切相关的土壤β-葡萄糖苷酶、酚氧化酶和过氧化物酶活性，而林冠氮沉降则无显著影响。林冠和林下N沉降处理都没有显著影响土壤微生物群落结构。这表明林冠和林下氮沉降对DOC和MBC的影响是显著不同的。林冠氮沉降有利于土壤微生物的活性的提高，从而增加了MBC。而土壤微生物活性的提高则会进一步促进土壤中DOC的利用， 从而有降低DOC的趋势。而林下氮沉降则相反: 高浓度的氮直接作用于土壤， 使土壤中微生物群落活性的降低，进而降低相关酶活性， 不利于微生物分解过程，进而导致DOC的累积。总体而言，本项目完成了原计划的所有野外和室内测定内容，在国际一流SCI期刊发表相关论文7篇。