氮沉降对森林土壤动物在碳周转中作用及与生境关系的调控研究

This study will focus on forest soil ecosystem in transitional regions between north subtropical and warm temperate zones, and implement microcosm experiments for community reestablishment and litter decaying with inoculation of soil fauna, soil carbon mineralization, based on a forest canopy simulated nitrogen deposition experiment in Jigongshan national nature reserve of Henan province.. Integratedly applying boosting regression tree (BRT), a two-pool decomposition model and community ordination methods, we will study habitat preferences and functions of soil fauna in the variations of soil organic carbon, litter decomposition under different modes of stimulated nitrogen deposition. We aim at exploring how nitrogen deposition influences functional characteristics of soil fauna in carbon turnover maybe by changing their habitat preferences and community structures.. The study can offer scientific references for policy-making on forest management and biodiversity conservation in the exploration of forest soil carbon sequestration.

本项目以典型过渡带森林土壤生态系统为研究对象，依托河南鸡公山“林冠模拟氮沉降”野外试验平台，通过室内微宇宙实验进行土壤动物群落重建、土壤动物接种与凋落物分解、土壤有机碳矿化等试验研究，综合运用增强型回归树模型（BRT）、二库碳分解指数模型、群落排序等数学方法，研究不同施氮处理下土壤动物在土壤有机碳库变化、凋落物分解中的作用及其生境偏好性，探索氮沉降通过改变土壤动物生境偏好和群落结构来影响其在碳周转中功能的机制，为在未来氮沉降情景下土壤固碳探索过程中制定森林管理和土壤生物多样性保护措施提供科学依据。

大气氮沉降作为一个严峻的生态环境问题，引发生态系统动荡，成为生物多样性减少的一个重要诱因，其加剧森林土壤酸化和盐基离子的淋失已被认为是一个全球性的问题。目前，尚不清楚氮沉降如何影响土壤动物生境偏好性，进而影响其生态功能。本项目以典型过渡带森林土壤生态系统为研究对象，依托河南信阳鸡公山“林冠模拟氮沉降”野外试验平台，通过室内微宇宙实验进行土壤动物群落重建等试验，研究氮沉降对土壤动物-生境（条件）关系的影响及其引发的土壤动物在碳过程中的功能变化。探索氮沉降通过改变土壤动物生境偏好和群落结构来影响其在碳周转中功能的机制。. 本研究已有结果表明，氮沉降影响到土壤动物的生境偏好性和取食活动，施氮方式和施氮量对土壤动物取食活动和生境偏好性具有深远影响。氮沉降会降低土壤动物的取食活动强度，并改变其生境偏好性，这种负面影响存在着一定时间长度的后续效应。林下施氮对土壤动物生境偏好性和取食率的影响大于林冠施氮，高氮的影响大于低氮的影响。. 信阳鸡公山地区自然生境中的土壤动物整体上是氮匮乏的，短期内会偏好氮丰富的生境。虽然长期林冠施氮易导致土壤动物偏好有相当氮含量的土壤生境，然而，经历过林冠施氮干扰的土壤动物相对来说还是偏好未受模拟氮沉降干扰过的土壤生境。长期林下施氮导致土壤动物对高氮生境产生了依赖或偏好，造成其在低氮生境中的取食率不高，其对土壤动物生境偏好性造成的改变可能短期内是不可逆的。此外，土壤动物饵料余量规模呈现出指数在4左右的幂律分布，表明土壤动物的食物资源在土壤生境空间中的存量分布是非随机的，可能呈聚集分布。食物资源的聚集分布有利于土壤动物群体协作和提高觅食效率。并且，施氮处理一定程度增加了土壤pH的空间异质性。现有结果可为在未来氮沉降情景下制定森林管理和土壤生物多样性保护措施提供科学依据。