氮磷添加对南亚热带森林生物固氮的影响及其机理

Biology nitrogen (N) fixation is an important N source to forest ecosystems. Many previous suggested that N deposition had negative effects on N fixation in temperate forests. However, it remains unclear how N deposition regulates N fixation in tropical forests, particularly in the regions under high atmospheric N pollution, such as China. Tropical forests are known to be limited by phosphorus (P), but whether P will interact with deposited N affecting N fixation in tropical forests is poorly understood. To address these questions, we will conduct a long-term fertilization experiment to figure out how N and P affect N fixation in three successional tropical forests in Dinghushan in southern China. We aim to address (1) the effects and mechanisms of long-term N deposition on N fixation in tropical forests; and (2) the effects of P and its combination with N deposition on N fixation in tropical forests, and their underlying mechanisms. Our findings will make contribution to the estimate of N budgets and N cycling modeling at both regional and global scales, and provide suggestions on forest and environment managements in the future.

生物固氮是森林氮素的重要来源，对于生态系统氮素循环以及碳吸存具有重要的意义。许多温带地区的研究认为大气氮沉降抑制了温带森林的固氮能力。但是，氮沉降对热带亚热带森林固氮的影响极少报道，尤其是在氮沉降水平较高的我国。热带亚热带森林普遍属于磷限制，在大气氮沉降作用下，氮和磷是否对森林固氮产生交互作用亟待研究。本项目在前期研究积累的基础上，拟通过在我国广东鼎湖山3种不同演替森林开展氮磷添加对南亚热带代表性森林生物固氮影响的研究，达到以下三个目标：1）弄清南亚热带典型森林生物固氮的基本情况；2）揭示长期氮沉降和磷输入对南亚热带不同森林类型固氮能力的影响；3）阐明氮沉降和磷输入调控南亚热带森林固氮的关键机理。研究结果不仅为南亚热带区域森林氮循环的评估及其模型的完善做出原创性的贡献，同时为我国森林生物固氮对氮沉降的响应研究提供范例以及为我国森林在全球变化背景下的碳平衡评估和可持续管理提供科学依据。

生物固氮是森林氮素的重要来源，对于生态系统氮素循环以及碳吸存具有重要的意义。许多温带地区的研究认为大气氮沉降抑制了温带森林的固氮能力。但是，氮沉降对热带亚热带森林固氮的影响极少报道，尤其是在氮沉降水平较高的我国，目前仍缺乏相应的研究。热带亚热带森林普遍属于磷限制，在大气氮沉降作用下，氮和磷是否对森林固氮产生交互作用还不清楚。本项目将在我国鼎湖山3种不同演替森林开展氮磷添加对南亚热带森林生物固氮影响的研究。通过项目实施达到以下三个目标：1）了解南亚热带典型森林生物固氮的基本情况；2）揭示长期氮沉降和磷输入对南亚热带不同森林类型固氮能力的影响；3）探讨氮沉降和磷输入影响南亚热带森林固氮的关键机理。目前，我们已圆满完成任务书要求的全部内容：发现森林演替过程驱动生物固氮速率及其化学计量驱动机制；长期氮富集环境下，磷元素是限制森林固氮的一个重要因素。我们还超额完成了项目书内容，发现氮沉降背景下豆科固氮树种仍然具有较高的截留外源氮素的能力，以及发现了植物通过水循环带动限制性元素吸收以适应长期氮沉降的环境。这些研究结果不仅为热带亚热区域森林氮碳循环的评估及其模型的完善做出原创性的贡献，同时为我国森林生物固氮对氮沉降的响应研究提供范例以及我国森林在全球变化背景下的可持续管理提供科学依据。本项目共发表学术论文9篇，其中第一标注5篇，这些发表的论文质量较高，包括PNAS（1篇）、Ecology Letters（1篇）、Global Change Biology（3篇）、Ecology（1篇）等，影响因子大于10的论文共有5篇。