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近几十年来,人类向大气中排放的含氮化合物激增,已引起全球,特别是热带地区大气氮沉降的迅速增加。温带地区的研究表明这些增加的大气氮输入已经对温带森林土壤碳吸存产生了影响。然而对氮沉降是否影响热带、亚热带森林土壤碳吸存的了解却很少。 为此,本研究采用三种不同的研究手段,即(1)梯度法;(2)模拟氮沉降法;和(3)整合分析法,对上述问题进行了研究。第一个研究方法利用广东省珠三角地区由于城市化而自然形成的氮沉降梯度研究了马尾松林土壤碳库沿该梯度的变化情况,以及分析了氮沉降在其中的贡献;第二个研究利用在鹤山建立的长期模拟氮沉降样地研究了两种具有不同土壤氮水平的人工林,即大叶相思林(固氮人工林)和桉树林(非固氮人工林)的土壤碳吸存对长达4年的氮施肥的响应;第三个方法利用整合分析的手段综合分析了目前中国区域内所有关于氮沉降对森林生态系统碳循环研究的数据。以一个综合的视角探讨土壤碳吸存对氮沉降的响应以及潜在的响应机理。 研究结果包括: (1)通过梯度法研究,发现随着离城市中心区越来越远,森林碳库显著增加。导致这种结果的原因可能是由于城市森林土壤细根生物量减少和土壤有机质分解速率增加导致的。还发现土壤重组有机碳储量随城市-农村梯度的增加可能是驱动土壤碳库变化主要因素,而土壤轻组有机碳储量在本研究中没有显著变化。本研究认为城市化引起的整体的环境变化可能减少森林土壤碳吸存。这个结果挑战了前人的观点和研究的结果。另外,我们的进一步分析表明氮沉降对于该梯度内土壤有机碳变化的贡献很小。引起土壤有机碳变化的主要原因是气候因素,即温度和降水的影响。 (2)通过模拟氮沉降研究,发现4年的氮添加并没有显著影响非固氮桉树林的土壤(包括有机层和矿质层)的碳库总量。这个发现与梯度法的研究结果一致。然而4年的氮添加显著增加了固氮大叶相思林土壤有机质层碳库总量和土壤矿质层轻组碳的储量。导致固氮林土壤碳吸存增加的原因可能是氮添加引起了凋落物分解速率和土壤呼吸速率的下降。 (3)通过收集88篇文章的研究结果,整合分析了氮添加对中国不同陆地生态系统碳循环的影响,结果发现:氮添加使植物净光合作用速率、净初级生产力和地上植物碳库分别增加了5.2%,10.3%和21.9%;氮添加不改变凋落物量,但使植物地下植物碳库减少了25%;氮添加使凋落物分解速率、土壤呼吸速率和土壤微生物量碳含量分别降低了6.4%,5.3%和11.6%,但使可溶性有机碳的淋溶量增加了15.8%;氮添加对陆地生态系统有机质层和矿质层碳库均没有影响。此外,研究发现富氮的热带森林对氮添加的响应情况与和其他氮限制的生态系统存在巨大的差异。 以上结果表明,氮沉降对森林土壤碳吸存的影响大小受到研究空间尺度,时间尺度,及研究的森林类型等多个因素的综合影响。建议:(1)无论是长期的还是短期的氮沉降或氮施肥对于氮限制的人工林土壤有机碳的影响可能都是很小的。(2)具有不同初始氮水平的森林土壤对氮沉降的响应可能是截然不同的。富氮的森林相比于氮限制的森林,其土壤可能具有更高的固碳潜力。鉴于目前此类研究较少,我们同时强调未来的研究应该更多的关注于氮沉降对热带亚热带地区富氮的,甚至氮饱和的森林土壤碳吸存的影响。