毛竹林地下碳分配对氮磷添加响应机制研究

Nitrogen (N) and phosphorus (P) are key elements for constraining the growth of Moso bamboo forests (Phyllostachys heterocycla (Carr.) Mitford cv. Pubescens). However, there is little concern about how N and P affecting total belowground carbon allocation (TBCA, one of the most important but least understood carbon fluxes in terrestrial ecosystems). Based on the scientific assumption that ‘N and P addition change root growth environment and root characteristics, and alter soil autotrophic and heterotrophic respiration, further drive the change of TBCA processes’, relying on National Observation and Research Station of Bamboo Ecosystem in Changning, Sichuan Province, this project will study the effects of N and P addition on TBCA in Moso bamboo forests. Through N and P addition experiment, this project will analyze the belowground production (including fine and coarse root, bamboo rhizome), litterfall return amount, autotrophic respiration, heterotrophic respiration and related soil temperature and moisture, soil organic carbon content, etc. in moso bamboo forests. This project aims to (1) illustrate the response characteristics of belowground production to N and P addition; (2) clarify the response characteristics of autotrophic and heterotrophic respiration to N and P addition; (3) reveal the response mechanism of TBCA to N and P addition through comparing the direct measurement of TBCA and mass balance based TBCA in Moso bamboo forests. Implementing this project will help to further understand the driving mechanism of TBCA in Moso bamboo forests, and illustrate its significance in global carbon cycling, and provide theoretic evidence of the management of Moso bamboo forests.

氮磷是限制毛竹林生长的关键元素，但氮磷如何调控毛竹林地下碳分配（陆地生态系统最重要且了解最少的碳通量之一）还缺乏相应关注。基于“氮磷添加改变根系生长环境和根特性，改变土壤自养呼吸和异养呼吸，进而驱动地下碳分配过程变化”的科学假设，本项目以四川长宁竹林生态系统国家定位观测研究站为依托，研究毛竹林地下碳分配对氮磷添加的响应。通过氮磷添加试验，研究毛竹林地下生产力（细根，粗根和竹鞭）、凋落物归还量、自养呼吸、异养呼吸及其相关的土壤温度、湿度、土壤有机碳含量等，旨在：（1）阐明毛竹林地下生产力对氮磷添加的响应；（2）阐明毛竹林自养呼吸和异养呼吸对氮磷添加的响应；（3）通过对比直接测量法和碳平衡法估算地下碳分配，揭示氮磷添加对毛竹林地下碳分配的影响机理。本项目的实施对深入理解毛竹林地下碳分配调控机理，对阐明毛竹林地下碳分配在全球碳循环的作用具有重要意义，也为毛竹林的经营管理提供理论依据。

毛竹林是我国南方最重要的森林类型之一，在区域甚至全球的碳循环中发挥着关键作用。氮磷（N，P）是毛竹林生长关键元素。基于氮磷添加如何影响地下碳分配（TBCA）的调控机制不明，项目开展了为期2年地面氮磷添加及交互作用实验（100 kg N ha−1 year−1和50 kg P ha−1 year−1），系统研究了氮磷添加对毛竹林土壤呼吸、生态系统生产力和TBCA的影响。主要研究结论如下：.（1）土壤总呼吸（RS），自养呼吸（RA）和异养呼吸（RH）存在显著的季节动态变化，与土壤温度呈显著指数相关性；无NP添加（NP0），氮添加（N100），磷添加（P50）及氮磷添加（N100P50）RS温度敏感性分别为1.96、1.96、2.12和1.88，差异不显著。.（2）N100、P50 和N100P50 分别非显著性地降低了RA 12%、2%和34%，但分别增加了RH16%，22%和36%。.（3）NP0处理下，年RS为829±88 g C m-2 year-1，氮或磷添加单独增加了RS，氮磷交互作用增加了RS；氮磷添加及交互作用降低了RA，但差异未达到显著水平；氮磷添加及交互作用增加了RH，差异显著。.（4）NP0、N100、P50 和 N100P50处理下，根系净生产力分别为192±41、195±56、149±53和245±44 g C m-2 year-1，差异显著。生态系统净生产力之间也并不显著，分别为529±225、331±341、198±104和393±274 g C m−2 year−1。.（5）从成分累积方法计算的 TBCA 分别为 594±174、563±142、542±106和510±88 g C m−2 year−1，差异不显著；从质量平衡法计算的 TBCA分别为348±227、401±179、538±141和280±121 g C m−2 year−1，差异显著。表明不同估算方法，TBCA估算存在显著差异，提升TBCA估算准确性，是土壤碳循环未来研究的重点与难点。但地下碳分配对氮磷添加响应是一长期过程，增加氮磷添加时间，将有助于深入阐明氮磷添加对毛竹林地下碳分配的调控机制。.（6）在本项目测量数据基础上，整合全球数据，运用机器学习算法模拟了全球自氧和异养呼吸时空变异特征，并建立了全球共享数据库。