林冠模拟氮沉降对常绿阔叶林和落叶阔叶林优势树种碳氮元素代谢的干扰效应

Human activities have caused globally intensified nitrogen deposition, affecting the health of forest ecosystems. Nitrogen deposition directly affects the metabolism dynamics of carbon and nitrogen in forest plants, but its interference effects (process and mechanism) have not been fully revealed. To date, simulated nitrogen deposition research platforms all over the world mainly applied understory nitrogen addition, excluded the process of nitrogen being exchanged and absorbed in canopy, and partially hided the true law of nitrogen deposition effects on forest ecosystem. Therefore, this project relies on Canopy Addition of Nitrogen research platform to realistically simulate the actual process of nitrogen deposition through canopy nitrogen addition, in order to explore the interference effects of nitrogen deposition on carbon and nitrogen metabolism of the dominant species in evergreen broadleaved forest (located in Shimentai National Nature Reserve, Guangdong) and deciduous broadleaved forests (located in Jigongshan National Nature Reserve, Henan). This project will introduce plant carbon and nitrogen metabolism methods from the field of agriculture to forest ecosystem studies, in order to improve the researches on regulatory mechanisms of carbon and nitrogen metabolisms of forest dominant species under nitrogen deposition, and infer the potential impact of nitrogen deposition on the structures of evergreen broadleaved forest and deciduous broadleaved forest. This project will also provide scientific references for the sustainable development of regional forest and management practices for local forestry department.

人类活动加剧了全球范围内的氮沉降，进而影响森林生态系统的健康。氮沉降直接影响森林植物碳氮元素的代谢动态，但其干扰效应（过程和机理）尚未得到充分揭示。迄今为止，全球范围内模拟氮沉降研究平台多以林下施氮为氮添加方式，排除了氮在森林冠层交换和吸收的过程，掩盖了氮沉降影响森林生态系统过程的部分真实规律。为此，本项目依托林冠模拟氮沉降实验平台，通过林冠施氮方式真实模拟氮沉降的实际过程，进而探讨氮沉降对常绿阔叶林（位于广东石门台国家级自然保护区）和落叶阔叶林（位于河南鸡公山国家级自然保护区）优势树种碳氮元素代谢的干扰效应。本项目将农业领域中的植物碳氮元素代谢研究手段引入森林生态系统的研究中，以期完善氮沉降背景下森林群落优势树种碳氮元素代谢之间的相互关系及调节机制研究，推断氮沉降对常绿阔叶林和落叶阔叶林群落结构的潜在影响。本项目还将为地带性森林的可持续发展和当地林业部门的管理实践提供科学参考。

人类活动加剧了全球范围内的氮沉降，进而影响森林生态系统的健康。氮沉降直接影响森林植物碳氮元素的代谢动态，但其干扰效应（过程和机理）尚未得到充分揭示。迄今为止，全球范围内模拟氮沉降研究平台多以林下施氮为氮添加方式，排除了氮在森林冠层交换和吸收的过程，掩盖了氮沉降影响森林生态系统过程的部分真实规律。为此，本项目依托林冠模拟氮沉降实验平台，通过林冠施氮方式真实模拟氮沉降的实际过程，进而探讨氮沉降对常绿阔叶林和落叶阔叶林优势树种碳氮元素代谢的干扰效应。项目选择多个优势树种，从植物形态结构、生理生态特性、碳和氮同化及分配进程等多个方面分析氮沉降的干扰效应，比较不同优势树种的敏感性差异，推测森林群落结构的潜在变化。研究发现，外源施氮造成森林植物细胞营养失衡，引起能量代谢失衡和细胞内活性氧的大量积累；林冠施氮显著影响植物的氮素吸收、同化和分配过程，而关键酶核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、硝酸还原酶、亚硝酸盐还原酶和谷氨酰胺合成酶活性的变化则起到重要的作用；林冠施氮整体上有利于植物的碳同化，表现在部分植物提高了卡尔文循环关键产物核酮糖-1,5-二磷酸、3-磷酸甘油酸和3-磷酸甘油醛等含量，降低了1,3-二磷酸甘油酸含量和升高了卡尔文循环关键酶3-磷酸甘油酸激酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶和3-甘油醛脱氢酶等活性。研究结果显示，不同类型植物对氮沉降有不同的响应和忍耐范围，在富氮的常绿阔叶林，氮沉降仍然具有促进植物固碳的潜力。持续的氮沉降可能对林下灌木植物更有利，氮沉降会对其森林群落结构产生潜在的影响。因此，在氮沉降加剧的背景下，植被恢复或造林时，应慎重选择锥栗和木荷等高大乔木。