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1、氮沉降对森林土壤碳收支机制影响生态环境学报2011,203:576-582////0>.EcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci氮沉降对森林土壤碳收支机制的影响*王汝南,蔺兆兰,王春梅北京林业大学环境科学与工程学院,北京100083摘要:森林土壤储存着全球陆地生态系统大约45%的碳,在维持全球碳平衡方面具有重要的作用。不断加剧的全球氮沉降对森林生态系统碳循环和碳吸存产生了深刻的影响,进而改变了森林生态系统的生产力和生物量积累。本文以欧洲和北美温带地
2、区开展的有关氮沉降对森林生态系统影响的研究为基础,提炼出最可能决定加氮影响碳输入、输出效应方向和大小的因素:凋落物分解、细根周转、外生菌根真菌、土壤呼吸及可溶性有机碳淋失,并探讨了森林生态系统碳动态对氮沉降响应的不确定性。陆地生态系统碳氮循环密切相关,由于氮循环的复杂性,尽管以往碳循环研究都考虑了氮对碳循环的限制作用,但在碳氮循环耦合机理方面的研究还比较少见。在未来研究中,应通过探寻森林土壤碳氮相互作用特征,及土壤微生物、土壤酶等与土壤碳氮过程的互动机制,来增进氮沉降对森林碳储量和碳通量的理解。关键词:氮沉降
3、;森林土壤碳库;碳收支;机制;响应中图分类号:X144文献标志码:A文章编号:1674-5906(2011)03-0576-07近几十年来,由于人类活动诸如人口增长、矿物环的影响机理,希望对该领域的进一步研究有所帮助。燃料燃烧、含氮化肥的生产和使用、畜牧业的大规模1氮沉降对森林生态系统土壤碳库的影响发展等,向大气中排放的含氮化合物越来越多,导致土壤是陆地生态系统的最主要碳储量载体,全球[1][11]大气氮沉降成比例增加。据报道,欧洲和北美大部大约75%的陆地碳存储在土壤中。森林作为陆地生[12]分国家的大气氮
4、沉降量比工业革命前至少增加了态系统的主体,其碳储量约为陆地土壤的45%。森[2]3~10倍。如欧洲工业发达地区氮沉降量超过了25林生态系统每年固定的碳约占整个陆地生态系统的-2-1[3][13]kg?hm?a以N计,在北美,某些森林地区大气氮2/3。森林生态系统直接影响着陆地碳储量和大气-2-1[4][14]沉降量也达到了40kg?hm?a以N计。并且,随着CO浓度,是碳源与碳汇研究的重要组成部分。影2经济发展的全球化,氮沉降问题也呈现出全球化趋响森林生态系统土壤碳库的因素很多,其中氮素作为势。目前,我国已成
5、为继欧、美之后的第三大氮沉降植物生长所必须的大量元素之一,已经逐渐引起广泛[5]集中区之一。从1961年至2000年,我国活性氮的排关注。截至目前,由人为因素引起的氮输入已成为生7-17-1[12]放从1.4×10t?a升至6.8×10t?a,预计在2030年将上态系统中氮元素的重要来源。已有研究表明,经8-1[6]升至1.05×10t?a,而且,随着社会经济的进一步由大气沉降进入到森林生态系统中的外源氮只有少[15]发展,氮沉降量可能会继续增加,预计2050年将会达部分被植物利用,而绝大部分均被固定在土壤中
6、,-1[7]+-到195Tg?a。过量的大气氮沉降已经严重威胁到生这部分氮素主要以NH、NO等形式存在,极易被43态系统的功能和结构,研究结果显示:大气氮沉降的土壤微生物利用或者与土壤中有机物及盐基离子相显著增加会引起陆地生态系统生物地球化学循环的结合,直接或间接影响土壤碳的输入及输出,极大地[8][16]诸多变化,包括改变生物多样性、影响生态系统的干预了森林生态系统碳循环和碳累积过程。[9][17]初级生产力及养分平衡、诱导养分缺乏,导致必须Nadelhoffer等对北半球温带森林施肥后,发现氮素[7]养分
7、淋溶等。输入使土壤碳储存大约每年增加0.3~0.5Pg。Spinnler[18]从20世纪80年代末开始,欧洲和北美的生态学家等在模拟森林土壤碳库对不同氮沉降水平的响应就已经开展了一些关于氮沉降对森林生态系统结构和实验中,发现氮沉降延缓了土壤腐殖质的分解速度,[10][19]功能影响的研究。而我国关于氮沉降增加对森林生进而提高了碳储量。Karjalainen等在排除气候变态系统的影响研究还处于刚起步阶段,虽然近年来在化,只考虑氮沉降的情况下,发现森林生态系统土壤森林碳、氮循环领域开展了大量研究,但已有研究结碳
8、储量与对照相比增加了11%。然而也有一些研究表果未能明确表明氮沉降对碳循环过程的确切影响及其明,氮输入对生态系统碳储存没有明显的促进作用,[20-21]影响效应的方向及大小。本文从森林土壤碳输入、输相反,会一定程度上减少生态系统碳储量。由于出角度综述了氮沉降对凋落物分解、细根周转、外生土壤碳动态对氮输入的响应存在很大的不确定性,所菌根真菌生产力、土壤呼吸、土壤可溶性有机碳淋失5以传统方法计算碳流失率
