模拟氮沉降对小兴安岭人工红松林土壤氧化亚氮和二氧化碳排放的影响的研究文献综述

摘要：

小兴安岭是我国典型的温带森林分布区，大气网络监测表明，该区氮沉降量已经超过欧洲许多国家的氮沉降量。已有的研究表明，氮沉降量增加促进土壤氮素的矿化作用，从而进一步增加土壤有效氮含量，可能引发与氮有关的环境问题。目前.对小兴安岭森林土壤氮的矿化、N₂O排放已经进行了较多的研究，然而，关于该地区森林土壤二氧化亚氮和二氧化碳排放的研究至今还未见报道。

关键词：氮沉降；氮的矿化；N₂O排放；二氧化碳排放

前言：

对于大多数温带森林生态系统，氮的可利用性是森林生产力的主要限制因子。然而随着人类活动的不断加剧，氮肥及化石燃料的使用一直不断攀升，大气中的氮气正在通过Habe-Bosch过程源源不断地转化为活性氮。自从工业革命以来，大气中活性氮浓度已经上升了11.5倍，导致全球的氮沉降量也随之升高了2.5倍并且还在不断积累。这将对森林生态系统内的土壤氮素循环与积累造成巨大影响，也会引起陆地生态系统的生物量积累的改变，其结果是温带森林生态系统正逐渐过渡为氮饱和状态，并且由原本封闭的氮循环系统转换为一个硝酸根淋溶量增大，含氮气体排放量增加为标志的开放循环系统。随着我国氮素沉积的不断增加，在草地、湿地和热带森林中进行了大量的氮素添加试验^[1]，然而，在东北温带森林中缺乏观测资料^[2]。研究氮沉降对东北温带森林土壤温室气体排放的影响，为了解这些生态系统对氮沉降的响应提供重要信息。

正文：

作为全球氮循环的一部分，适度的大气氮沉降提高了陆地生态系统的植物生产力^[3]。然而,随着农业化肥和越来越多地使用化石燃料,生产环境中的活性N率与一个世纪前相比上升了10倍,导致增强N沉降^[4],威胁生态系统健康通过酸化、富营养化、生物多样性的丧失,改变碳(C)和N循环过程,如温室气体排放等等。N 沉降显著增加,在中国,从1980年代的13.2公斤N/ha/年到2000年代的21.1公斤N /ha/年,因此影响N周期加上C循环,包括生物温室气体通量,即二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和一氧化二氮(N₂O)。温室气体占全球变暖的N87%，对C和N预算至关重要。Liu和Greaver^[5]分析了陆地生态系统中313个观测数据的综合数据，发现氮的增加分别使甲烷和N₂O的排放量分别增加了97%和216%，抵消了53-76%的氮添加导致的二氧化碳减少。然而，在具体的研究中，关于N沉降对CO₂、CH₄、N₂O排放影响的报道结果有很大的不一致，即，由于微生物介导过程复杂，环境因素和土壤性质不同，促进、抑制和无影响^[6]。一般情况下，N的增加可以通过抑制有机物分解来减少异养呼吸，但也有可能出现相反的结果，根据可利用的N和地下C的分配，发现N的添加对自养呼吸的影响是正的还是负的^[7]。此外，CH₄氧化可以通过N的输入来抑制，一般会导致CH₄排放的减少和CO₂排放的增加，但也发现了一些不同的现象^[8]。一氧化二氮排放量增加硝酸非常敏感NO^3minus;沉积由于脱氮^[9],自养硝化作用和异养硝化作用也是重要的一氧化二氮排放过程介导的pH值和底物质量^[10]。上述过程主要与温度、湿度、pH和有效C、N等因素有关^[11];N₂O和CO₂排放量随温度升高呈非线性增加，CH₄氧化速率与土壤湿度呈负相关^[12]。因此，有必要阐明温室气体排放对氮沉降的响应以及在特定陆地生态系统中影响氮沉降的因素。

大气中N₂O浓度的增加使大多数陆地生态系统的N输入速率增加了一倍^[13]。N沉降对SOM分解和C储存的影响近年来也受到了广泛关注。例如，大气中N₂O浓度增加导致N沉降增加、减少、或没有影响对土壤C含量的影响。此外，据报道，由于土壤N状态和微生物群落的变化，氮沉降的增加会促进土壤温室气体排放或吸收。这种效应会增加大气中的温室气体含量，进而加剧全球变暖。然而，对于氮沉降通过改变土壤的化学和生物特性直接影响温室气体排放和碳储存的机制，我们的理解仍然存在重大的知识鸿沟^[14]。虽然目前的研究主要集中在氮素沉降对温室气体排放的影响上，但对于氮素沉降与土壤结构相互作用对温室气体排放的影响知之甚少。此外，Diba等人^[15]报道，由于不同颗粒径土壤性质的差异，土壤团聚体粒径和N添加量对N₂O排放有显著影响。