氮沉降背景下我国暖温带落叶阔叶林冠层对氮素截留的研究

Plant nitrogen uptake is closely tied to forest carbon sequestration, however, little is known about the canopy nitrogen interception processes such as uptake, adsorption and transformation of forest ecosystem, resulting in inaccurate estimation of forest carbon sequestration. Both “Canopy N Addition” and “Understory N Addition” will be simultaneously employed in combination with application of 15N labeling technique to determine the effects of N deposition on the fates of N. Our aims are to investigate the difference and temporal variations of fates of N between the two N addition approaches and two N addition concentrations. The results will be used to evaluate the interception of N uptake, absorption and transformation of forest canopy and to estimate the effects of N deposition on forest carbon sequestration. The project will be potentially conducive for evaluation of regional forest carbon sequestration and sustainable management of forests.

植物对氮素的吸收与森林生态系统碳吸存密切相关，但是在全球氮沉降增加的背景下，森林林冠对沉降氮素的吸收、吸附、转化等截留过程的认识极其有限，导致无法准确评估氮沉降背景下森林生态系统的碳汇功能。本项目利用15N示踪技术并依托国际上首个“林冠模拟氮沉降”野外控制实验平台，通过对比林冠和林下模拟氮沉降方式以及不同氮添加浓度处理下森林生态系统林冠、土壤各组分中氮素含量和15N丰度特征随时间变化的差异；探讨在氮沉降背景下我国中部暖温带落叶阔叶林冠层对氮素的吸收、吸附和转化等截留过程；以阐明大气氮沉降对森林生态系统碳吸存的贡献，为区域森林碳汇功能评估和可持续管理提供科学依据。

大气氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响特别是森林碳吸存能力的影响，在很大程度上取决于外源沉降的氮素在生态系统中的留存量及其在植物和土壤各组分中的去向和分配状况。本研究利用15N稳定同位素标记示踪技术，依托国际上首个在河南大别山森林生态系统国家野外科学观测研究站鸡公山站点已建成的“林冠模拟氮沉降”大型野外控制实验平台，通过在林冠氮添加和林下氮添加两种不同模拟大气氮沉降方式的实验处理，对比15N添加后的30天、360天和730天在森林生态系统植物和土壤等主要组分中15N的丰富度和回收率及随时间的变化，研究森林生态系统冠层吸收、吸附和截留等过程对大气氮沉降在森林生态系统植物和土壤各主要组分中的去向及分配的影响。主要结果如下：.1）15N示踪剂添加后，植物和土壤各组分中均表现出较高的15N富集水平。不同组分中的15N富集度在林冠和林下氮添加处理下富集程度不同，且随标记后时间，富集度差异性会发生变化。.2）在不同采样时期生态系统总的15N回收率在林冠氮添加显著高于林下氮添加。林冠氮添加相比较林下氮添加有更多的氮分配到森林乔木中，在林下灌木、草本植物、凋落物和细根中的回收率相对较少。. 综上所述，与传统的林下氮添加方式相比，林冠氮添加通过森林冠层叶片和树枝的吸收、吸附和截留等过程，改变了沉降氮在森林生态系统植物和土壤等主要组分中的去向和分配状况，并由此可能改变整个森林生态系统的碳氮循环过程。传统林下氮添加模拟方式可能高估沉降氮在土壤中的去向和分配，高估氮沉降对土壤氮损失的影响。在未来大气氮沉降持续增加的情景下，大气氮沉降可能会持续促进森林植物特别是冠层乔木的生长和碳吸存，在实现“碳达峰”目标和“碳中和”愿景的过程中森林生态系统可能会发挥更重要的作用。同时，为了更加准确预测和评估大气氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响，需要充分考虑森林冠层对大气氮沉降的吸收和截留等相关过程，并将森林冠层相关过程纳入到全球植被碳氮循环的模型中。.