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NO、N2O和N2)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N2O和N2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。
图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
图2 模拟氮沉降对尖峰岭原始林和次生林土壤N2O和N2损失速率的影响