中國南方亞熱帶森林土壤中長期高的大氣氮沉降導致其成為氣態(tài)氮(一氧化氮(NO)和氧化亞氮(N2O))釋放的熱點區(qū)域。土壤濕度是NO和N2O釋放速率的主要控制因子,尤其在具有季風氣候,干濕交替頻繁的亞熱帶森林。然而,土壤濕度對中國亞熱帶森林土壤NO周轉和N2O釋放的具體調控作用及其過程機理,目前知之甚少。
針對這一問題,中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所康榮華研究員聯(lián)合德國馬普生物地球化學研究所和挪威生命科學大學等國際同行專家團隊,選取中國重慶鐵山坪亞熱帶森林兩種不同地形的土壤(坡上:HS和地下水出流區(qū):GDZ)(圖1),利用實驗室自動吹掃系統(tǒng),通過室內(nèi)培養(yǎng)實驗,研究了土壤從濕變干的動態(tài)過程中(100%-0.5%WFPS),NO產(chǎn)生和消耗速率以及N2O釋放速率的響應。結果顯示:NO的產(chǎn)生速率存在一個最適宜的土壤孔隙含水率(18-20%WFPS),其不受地形的顯著影響,表明在這兩種地形的土壤中,硝化作用是NO產(chǎn)生的主要過程。坡上土壤NO產(chǎn)生和消耗的最大速率出現(xiàn)在同一土壤孔隙含水率,而地下水出流區(qū)土壤NO的最大消耗速率出現(xiàn)的土壤孔隙含水率高于最大產(chǎn)生速率(圖2),表明反硝化作用是地下水出流區(qū)土壤NO一個重要的消耗途徑。對兩個地形的所有土壤,N2O的凈釋放速率在100%WFPS時最大,隨后隨著土壤變干逐漸降低(圖3)。本研究的結果可預測,由于森林管理或全球變暖引起的土壤水分含量的變化可能直接影響區(qū)域大氣氮氧化物的負荷。
該成果以“Soil Moisture Control of NO Turnover and N2O Release in Nitrogen-Saturated Subtropical Forest Soils”為題發(fā)表在Forests期刊的Special Issue “Biogeochemical Cycling in Forest Ecosystems”。沈陽生態(tài)所康榮華研究員為第一作者,德國馬普生物地球化學研究所Thomas Behrendt博士和挪威生命科學大學Peter Dorsch教授為共同通訊作者。該研究得到了挪威國家自然科學基金(209696/E10)等項目的支持。

圖1 研究站點-中國重慶鐵山坪(TSP)森林流域(a)和土壤采樣點分布(b)

圖2 從土壤水分飽和到完全干燥的過程中,NO的產(chǎn)生和消耗速率

圖3 從土壤水分飽和到完全干燥的過程中,N2O和CO2的釋放速率




