不同形态氮输入对黄河三角洲芦苇湿地土壤碳库稳定性的影响

The processes of carbon cycling in wetlands have been affected by increasing nitrogen (N) input derived from anthropogenic activities, and concern is growing over the effects of nitrogen input on carbon stability. So far, the overwhelming studies concentrated on the relationships between the amount of N addition and the stability of soil organic carbon (SOC). However, much less information is known how various N forms affect the stability of SOC in coastal wetlands. Here, we will conduct a suite of field and laboratory incubation experiments to investigate the relationships between nitrogen forms and SOC stability in the reed wetlands of Yellow River Delta. We will investigate the effects of nitrogen forms on the fixation of carbon dioxide, the allocation of carbon and nitrogen in plant organisms, litter decomposition, soil autotrophic and heterotrophic respiration, Q10 value of the mineralization rates of SOC fraction, and soil enzyme activities. The aims of this research were to elucidate the responses of carbon cycling in coastal wetlands to nitrogen forms, and to try to discover their mechanisms. Based on this research, we can further know the relationships between nitrogen availability and SOC stability, and offer the proofs for the management of SOC pool in coastal wetlands.

人类活动导致湿地生态系统氮负荷明显增加，引起生态系统碳循环过程发生诸多变化。外源氮输入对湿地生态系统土壤碳库稳定性的影响已成为当今国际研究的前沿问题之一。目前，多数研究侧重于探讨氮输入量与碳库稳定性之间的关系，但关于不同形态氮输入对滨海湿地土壤碳库稳定性的影响研究仍不充分。本项目选取黄河三角洲湿地芦苇(Phragmites australis)群落为研究对象，采用野外控制实验与室内模拟实验相结合的研究手段，通过研究不同形态氮输入对滨海湿地植物固碳潜势、植物的碳/氮分配、凋落物分解、土壤自养与异养呼吸速率、土壤有机碳组分矿化速率的温度敏感性(Q10)、土壤酶活性的影响，阐明不同形态氮输入与黄河三角洲滨海湿地土壤碳循环过程的影响，并探讨其机理。开展此项研究，有助于深入了解滨海湿地土壤碳库稳定性与氮的可利用性之间的关系，同时也为我国湿地生态系统碳库管理提供理论依据。

人类活动导致湿地生态系统氮负荷明显增加，引起生态系统碳循环过程发生诸多变化。以黄河三角洲湿地芦苇(Phragmites australis)群落为研究对象，通过野外采样、室内培养和野外控制实验研究不同形态氮输入对滨海湿地土壤碳库稳定性的影响及其机理。结果表明：.（1）硝态氮、氮态氮及有机氮输入均促进芦苇湿地CO2排放，但有机氮输入的促进作用明显高于两类无机氮，且两类无机氮输入的促进作用无明显差别。其原因归结为：① 三种形态氮输入促进芦苇对氮素的吸收，增加了芦苇生物量，且有机氮输入对生物量的促进作用高于两类无机氮输入，这会促进芦苇的自养呼吸。② 三种形态氮输入倾向于增加土壤ß-葡萄糖苷酶活性，尤以有机氮输入的影响最为显著，且土壤ß-葡萄糖苷酶活性与碳排放呈显著正相关关系，表明有机氮输入会促进土壤异养呼吸；室内培养实验也发现，有机氮输入对0-100 cm深度土壤有机碳矿化的促进作用最为明显。③ 三种形态氮输入倾向于增加芦苇湿地CO2排放的温度敏感性(Q10)，尤以有机氮输入的影响最为显著，表明在相同增温幅度下，有机氮处理CO2排放速率的增幅要明显高于其它处理，这也是有机氮处理CO2排放量最大的一个原因。.（2）三种形态氮输入对芦苇叶凋落物的质量损失无直接影响，经过720天野外分解，叶凋落物质量损失50%左右。凋落物分解过程中，易分解碳组分（即烷氧碳、双烷氧碳）含量逐渐下降，难分解碳组分（即芳香碳）含量逐渐增加，凋落物呼吸的温度敏感性(Q10)逐渐增加。此外，两年的野外模拟氮输入增加叶、茎氮含量，降低叶、茎凋落物的C/N；并降低叶凋落物双烷氧碳含量，增加茎凋落物芳香碳含量。氮输入改变凋落物C/N及有机碳组分后，进一步抑制叶、茎凋落物CO2排放及其温度敏感性(Q10)。.（3）氮输入与增温对叶、茎凋落物CO2排放及土壤有机碳矿化的交互作用类型为负效应（antagonistic effect），即两因素的交互作用明显小于两因素单独影响之和，其原因是氮输入降低叶、茎凋落物CO2排放及土壤有机碳矿化的温度敏感性(Q10)。