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1、氮沉降對森林土壤碳收支機(jī)制影響生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)2011,203:576-582////0>.EcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci氮沉降對森林土壤碳收支機(jī)制的影響*王汝南,藺兆蘭,王春梅北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,北京100083摘要:森林土壤儲(chǔ)存著全球陸地生態(tài)系統(tǒng)大約45%的碳,在維持全球碳平衡方面具有重要的作用。不斷加劇的全球氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳吸存產(chǎn)生了深刻的影響,進(jìn)而改變了森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和生物量積累。本文以歐洲和北美溫帶地
2、區(qū)開展的有關(guān)氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)影響的研究為基礎(chǔ),提煉出最可能決定加氮影響碳輸入、輸出效應(yīng)方向和大小的因素:凋落物分解、細(xì)根周轉(zhuǎn)、外生菌根真菌、土壤呼吸及可溶性有機(jī)碳淋失,并探討了森林生態(tài)系統(tǒng)碳動(dòng)態(tài)對氮沉降響應(yīng)的不確定性。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)密切相關(guān),由于氮循環(huán)的復(fù)雜性,盡管以往碳循環(huán)研究都考慮了氮對碳循環(huán)的限制作用,但在碳氮循環(huán)耦合機(jī)理方面的研究還比較少見。在未來研究中,應(yīng)通過探尋森林土壤碳氮相互作用特征,及土壤微生物、土壤酶等與土壤碳氮過程的互動(dòng)機(jī)制,來增進(jìn)氮沉降對森林碳儲(chǔ)量和碳通量的理解。關(guān)鍵詞:氮沉降
3、;森林土壤碳庫;碳收支;機(jī)制;響應(yīng)中圖分類號:X144文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1674-5906(2011)03-0576-07近幾十年來,由于人類活動(dòng)諸如人口增長、礦物環(huán)的影響機(jī)理,希望對該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究有所幫助。燃料燃燒、含氮化肥的生產(chǎn)和使用、畜牧業(yè)的大規(guī)模1氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫的影響發(fā)展等,向大氣中排放的含氮化合物越來越多,導(dǎo)致土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的最主要碳儲(chǔ)量載體,全球[1][11]大氣氮沉降成比例增加。據(jù)報(bào)道,歐洲和北美大部大約75%的陸地碳存儲(chǔ)在土壤中。森林作為陸地生[12]分國家的大氣氮
4、沉降量比工業(yè)革命前至少增加了態(tài)系統(tǒng)的主體,其碳儲(chǔ)量約為陸地土壤的45%。森[2]3~10倍。如歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)氮沉降量超過了25林生態(tài)系統(tǒng)每年固定的碳約占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的-2-1[3][13]kg?hm?a以N計(jì),在北美,某些森林地區(qū)大氣氮2/3。森林生態(tài)系統(tǒng)直接影響著陸地碳儲(chǔ)量和大氣-2-1[4][14]沉降量也達(dá)到了40kg?hm?a以N計(jì)。并且,隨著CO濃度,是碳源與碳匯研究的重要組成部分。影2經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全球化,氮沉降問題也呈現(xiàn)出全球化趨響森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫的因素很多,其中氮素作為勢。目前,我國已成
5、為繼歐、美之后的第三大氮沉降植物生長所必須的大量元素之一,已經(jīng)逐漸引起廣泛[5]集中區(qū)之一。從1961年至2000年,我國活性氮的排關(guān)注。截至目前,由人為因素引起的氮輸入已成為生7-17-1[12]放從1.4×10t?a升至6.8×10t?a,預(yù)計(jì)在2030年將上態(tài)系統(tǒng)中氮元素的重要來源。已有研究表明,經(jīng)8-1[6]升至1.05×10t?a,而且,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步由大氣沉降進(jìn)入到森林生態(tài)系統(tǒng)中的外源氮只有少[15]發(fā)展,氮沉降量可能會(huì)繼續(xù)增加,預(yù)計(jì)2050年將會(huì)達(dá)部分被植物利用,而絕大部分均被固定在土壤中
6、,-1[7]+-到195Tg?a。過量的大氣氮沉降已經(jīng)嚴(yán)重威脅到生這部分氮素主要以NH、NO等形式存在,極易被43態(tài)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu),研究結(jié)果顯示:大氣氮沉降的土壤微生物利用或者與土壤中有機(jī)物及鹽基離子相顯著增加會(huì)引起陸地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)的結(jié)合,直接或間接影響土壤碳的輸入及輸出,極大地[8][16]諸多變化,包括改變生物多樣性、影響生態(tài)系統(tǒng)的干預(yù)了森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳累積過程。[9][17]初級生產(chǎn)力及養(yǎng)分平衡、誘導(dǎo)養(yǎng)分缺乏,導(dǎo)致必須Nadelhoffer等對北半球溫帶森林施肥后,發(fā)現(xiàn)氮素[7]養(yǎng)分
7、淋溶等。輸入使土壤碳儲(chǔ)存大約每年增加0.3~0.5Pg。Spinnler[18]從20世紀(jì)80年代末開始,歐洲和北美的生態(tài)學(xué)家等在模擬森林土壤碳庫對不同氮沉降水平的響應(yīng)就已經(jīng)開展了一些關(guān)于氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)氮沉降延緩了土壤腐殖質(zhì)的分解速度,[10][19]功能影響的研究。而我國關(guān)于氮沉降增加對森林生進(jìn)而提高了碳儲(chǔ)量。Karjalainen等在排除氣候變態(tài)系統(tǒng)的影響研究還處于剛起步階段,雖然近年來在化,只考慮氮沉降的情況下,發(fā)現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)土壤森林碳、氮循環(huán)領(lǐng)域開展了大量研究,但已有研究結(jié)碳
8、儲(chǔ)量與對照相比增加了11%。然而也有一些研究表果未能明確表明氮沉降對碳循環(huán)過程的確切影響及其明,氮輸入對生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存沒有明顯的促進(jìn)作用,[20-21]影響效應(yīng)的方向及大小。本文從森林土壤碳輸入、輸相反,會(huì)一定程度上減少生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量。由于出角度綜述了氮沉降對凋落物分解、細(xì)根周轉(zhuǎn)、外生土壤碳動(dòng)態(tài)對氮輸入的響應(yīng)存在很大的不確定性,所菌根真菌生產(chǎn)力、土壤呼吸、土壤可溶性有機(jī)碳淋失5以傳統(tǒng)方法計(jì)算碳流失率
