模拟氮沉降对热带森林土壤气态氮N2O和N2损失及相关微生物途径的影响

    我国是全球氮沉降热点区域,氮沉降增加会改变森林氮有效性,从而对森林生态系统产生一系列的影响。通常而言,森林生态系统生产力受氮限制,氮沉降会增加微生物的氮来源。因此,氮沉降会可能加速土壤氮的微生物循环的速率,从而增加土壤气态氮(如NON2ON2)的损失。然而,由于传统方法无法研究土壤N2的排放速率,有关氮沉降对森林土壤N2的排放速率和微生物途径的理解知之甚少。

    我们第一次提出了通过15N成对标记和15N配对法框架量化N2的产生速率和微生物贡献(图1),并运用在尖峰岭热带原始林和次生林对氮沉降的响应上。到我们研究开始时,两个森林模拟氮沉降处理已有6年之久。 我们研究结果显示:(1)在有氧条件下,氮添加的增加并没有促进尖峰岭热带森林土壤N2ON2的损失速率。(2)在厌氧条件下,氮添加减少了次生林土壤N2O的损失速率,而增加了N2的损失速率(图2)。这可能是由于氮添加促进了微生物的反硝化作用将N2O还原为N2。然而,在原始林却没有发现类似的现象。(3)在两种森林土壤中,氮添加减少了反硝化过程对N2O损失的贡献却增加了共反硝化和异养硝化过程对N2O损失的贡献;氮添加却没有改变微生物对氮气损失的贡献,其主要是有反硝化作用产生(98-100%)。我们的研究表明,不同的热带森林土壤对氮添加的响应存在差异,同时微生物过程对气态氮损失的贡献对氮添加的响应比较敏感。

    以上成果以“Effects of long-term increased N deposition on tropical montane forest soil N2 and N2O emissions”相关研究成果发表在Soil Biology and Biochemistry上(2018)。相关工作得到了中国国家重点研发项目、中科院先导专项(B)、国家基金委、中科院重点科技前沿项目和中国林业科学研究院中央非公益性科研专项基金的支持。

1 15N成对标记和15N配对法量化土壤N2产生速率和微生物途径框架图

 

 2 模拟氮沉降对尖峰岭原始林和次生林土壤N2ON2损失速率的影响

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