大气CO2浓度升高对亚热带森林土壤N2O排放的影响

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
40901115
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
马红亮
依托单位：
福建师范大学
学科分类：
D0709.基础土壤学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
倪进治；钱伟；孙杰；李旭；刘燕萍；薛丽佳；
关键词：
高CO2浓度 N2O排放氮水平常绿阔叶林氮素转化

项目摘要

大气CO2浓度升高对森林生态系统N2O排放的影响是土壤氮循环与全球变化关系研究领域中的热点。本项目针对大气CO2浓度升高对森林土壤N2O排放过程的机理问题，以亚热带常绿阔叶树酸性土壤为研究对象，利用稳定性同位素15N标记方法和同位素质谱分析技术，通过人工气候室模拟大气CO2浓度升高条件，研究不同氮素水平下大气CO2浓度升高对常绿阔叶树幼苗土壤活性碳、氮素转化、N2O排放的影响；阐明大气CO2浓度升高对亚热带森林土壤N2O排放过程的影响，揭示亚热带森林土壤N2O排放对高CO2浓度的响应机制；定量评价不同形态氮输入对N2O排放的贡献和影响；本项目的开展对弥补亚热带森林土壤N2O排放机理认识不足的问题具有重要意义，可为深入研究我国土壤氮素转化对全球变化的响应提供科学理论依据，并为构建我国亚热带山森林土壤氮循环模型提供理论基础和数据储备。

结项摘要

大气CO2浓度升高对森林生态系统N2O排放的影响是土壤氮循环与全球变化关系研究领域中的热点。本项目针对大气CO2浓度升高对森林土壤N2O排放和氮沉降的影响，以亚热带常绿阔叶林酸性土壤为研究对象，利用稳定性同位素15N标记方法和同位素质谱分析技术，通过人工气候室模拟大气CO2浓度升高条件，研究不同氮素水平下大气CO2浓度升高对常绿阔叶树幼苗土壤活性碳、氮素转化、N2O排放的影响。凋落物添加虽然为土壤提供了大量的碳源和可矿化的有机氮，同时也受其分解过程中化学成分（单宁、多酚等）的影响，降低无机氮的含量，主要表现在针叶>阔叶>竹叶，凋落物的作用也受氮水平、氮形态的调节；结果表明，不同海拔土壤类型对不同形态氮沉降的响应存在差异。模拟氮沉降低水平的影响不大，这与该研究区本底大气氮沉降水平较高有关；施氮3天后，随施氮水平土壤可溶性有机氮（SON）含量（尤其是杉木林土壤）增加；然而与施氮3天后比较，3个月后，HN处理下SON降低，而它占可溶性总氮（TSN）的比例却升高，表明SON损失仍低于无机氮。氮沉降也影响土壤单宁、多酚和可溶性糖的含量，对于土壤微生物和氮素转化而言，有着重要的调节功能。利用15N同位素标记方法，研究表明，高氮输入显著抑制了N2O和NO的产生，说明水分有效性的变化和外源NO2-在氮素影响过程中起着重要的调节作用。森林土壤N2O排放主要源自反硝化过程，而且主要是真菌的反硝化；酸性土壤的化学反硝化对NO的贡献要大于N2O。结果表明高CO2 浓度下有更多C4 来源的碳释放，植物可以促进更多当季的碳分解释放，这与氮水平和作物生物量及它的间接产物（根系分泌物）的影响有关。研究进一步表明，作物秸秆和模拟根系分泌物（葡萄糖、酚类和有机酸）确实会影响土壤团聚体及碳的变化。氮沉降对土壤元素的影响不大了，但是，与施氮前相比，3片林分土壤中的Ni、Cu、Zn含量均有所下降，且浙江桂林在LN处理的降幅最大；而且不同森林土壤之间的元素存在一定差异，尤其是速效磷或速效钾含量差异较大。本项目的开展对弥补亚热带森林土壤N2O排放机理认识不足的问题具有重要意义，可为深入研究我国土壤氮素转化对全球变化的响应提供科学理论依据，并为构建我国亚热带山森林土壤氮循环模型提供理论基础和数据储备。