鄱阳湖流域不同林龄森林土壤碳排放对氮沉降的响应及机制

Nitrogen (N) deposition has been rising due to anthropogenic activities. Previous studies showed that N deposition could influence forest soil carbon emissions and the effects depend on stand age. However, the direction, magnitude and mechanisms of such stand age-dependence are still unclear. Based on a subtropical forest in Poyang Lake Watershed, we plan to carry out a N addition experiment in forests with different ages in this program, to study the responses of forest soil carbon emissions to N addition, stand age and their interactions. We will also determine the responses of autotrophic and heterotrophic respirations, two components of soil carbon emissions, to N addition and stand age. We will investigate the responses of root biomass, litterfall production, soil abiotic and biotic attributes, to study the underlysing mechanisms of the effects of N addition and stand age on soil carbon emissions. A litter manipulation experiment will be conducted to test whether N addition and stand age could indirectly influence soil carbon emissions by affecting litterfall production. Based on a stable isotope labeling method, we will test whether the priming effect exists induced by variations of litterfall production. In this program, we plan to test two major hypotheses: N addition will decrease forest soil carbon emissions; stand age determines the magnitude. The expected experiment results of this program will benefit to the evaluation of the ecological functions of forests in Poyang Lake Watershed under N deposition.

随着人类活动的加剧，大气氮沉降速率增加。已有的研究表明，氮沉降会影响森林土壤碳排放。同时，氮沉降的影响大小可能与林龄有关，但是，现有研究对这种相关性的大小、方向和机制尚不清楚。本项目拟以鄱阳湖流域的亚热带阔叶林为研究对象，对不同林龄的森林进行氮添加处理，探讨森林土壤碳排放对林龄、氮添加及其交互作用的响应；采用根切除法测定土壤碳排放的组分（土壤自养、异养呼吸）的响应；研究根系生物量、凋落物量、土壤属性等因素对林龄和氮添加的响应，以分析氮添加和林龄影响土壤碳排放的机制；通过凋落物添加和剔除处理，直接验证氮添加、林龄通过影响凋落物量而影响土壤碳排放；运用同位素标记法，测定凋落物量的变化产生的激发效应的大小。本项目将验证的主要假设是：氮添加处理将会降低土壤碳排放；林龄会影响氮添加处理效应的大小。研究结果将从森林土壤碳排放角度，对鄱阳湖流域森林在氮沉降背景下的生态效应评估提供科学依据。

在氮沉降的背景下，氮添加会影响森林土壤碳排放。同时，氮沉降的影响大小可能与林龄有关，进而影响陆地生态系统土壤有机质分解。.本项目以江西省泰和县石溪退化红壤林地土壤为研究对象，将3种不同森林类型（马尾松、木荷和枫香）林地土壤分别置于4种不同温度（5℃、15℃、25℃和35℃）条件下，采用碱液吸收法进行为期35d的土壤碳矿化研究。在同一温度条件下，不同林型土壤CO2累计碳排放量大小顺序为：枫香>马尾松>木荷。不同森林类型土壤CO2累计排放量随温度升高而增加。不同温度条件下枫香林地土壤CO2累计排放量最大，其次是马尾松林、木荷林。在不同温度条件下，土壤全碳和土壤含水量与土壤累积碳排放量存在一定的相关性。对不同植被类型和培养温度来看，它们对土壤碳矿化量有显著影响，说明植被类型和温度能够对土壤呼吸产生重要影响，且不同温度对土壤呼吸作用更显著（P < 0.000）。在25℃时，不同林型土壤碳排放量随土壤含水量先增后减的变化趋势，说明土壤含水量并不是影响土壤碳排放量的调控因子。不同林型不同温度条件下土壤Q10值范围为1.797-1.971，不同林型土壤Q10值并未表现出显著性差异。.本项目采用96微孔酶标黑板荧光法测定根际土与非根际土的酸性磷酸单酯酶和碱性磷酸单酯酶活性，利用基于生物可利用性的磷分级方法测量4种磷组分，探讨C、P添加和基于生物有效性的4种磷组分对土壤酶活的响应，处理包括：未加碳磷、碳、磷和碳磷。植物P含量与生物量变化规律一致；根际土pH、NH4+-N和Olsen-P的含量低于非根际土，根际土MBP含量高于非根际土，且根际土和非根际土中各处理间差异显著(P < 0.05)；冗余分析表明非根际土壤中的酶活性变化主要受pH、NH4+-N、DOC和MBP以及CaCl2-P和Citrate-P含量影响；土壤中水率、Olsen-P和根系生物量以及HCl-P和Enzyme-P含量主要影响土壤根际土壤中的酶活性。施P和CP配施能提高缺磷土壤微生物活性，生物量显著提高，根际效益显著，改善土壤环境，有利于土壤生态系统的健康。