氮添加对苏北杨树人工林土壤动物多样性影响研究开题报告

1. 研究目的与意义

大气氮沉降是含氮化合物从大气中移除并降落到地表的过程，它是氮素生物地球化学循环中的重要环节。化石燃料燃烧、氮肥施用、畜禽养殖等人为活动，致使活性氮的排放量增加，这部分氮素最终以干/湿沉降的方式返回到地球表面，以营养源和酸源的形式介入陆地和水生生态系统，改变了氮素的自然循环。自从工业革命以来，人类活动导致的大气活性氮排放急剧增加。这种现象在欧洲和北美等工业发达地区尤为明。氮肥的使用和化石燃料的燃烧使欧洲和北美的一些工业化国家的氮沉积速度高达工业化之前的6.58倍。据估计，在20世纪90年代初期，全球陆地生态系统活性氮沉降量高达63.5tg a-1(1tg=1012g),为工业化革命前的3.6倍，而且氮沉降的速度仍然在逐年上升。在未受到人类活动影响前，生态系统中的氮年均沉降量约为0.5kg/hm2,而目前世界许多地区的氮年均沉降高于10kg/hm2。从整个生态系统来看，大气氮沉降的增加虽然补充了作物可利用的氮素，同时也对水体、森林、农田等生态系统均产生着重要影响。

随着我国经济的发展，城市化、工业化的速度在不断加快，同时，大气环境污染也变得日益严重。气化学传输模型的结果表明，包括中国在内的东南地区已经成为继北美、欧洲之后的又一氮沉降集中区。目前，我国处于全球三大酸沉降地区之一，大气氮沉降量在5.1-25.6kg（hm2a）之间。但从全国范围来看，大气氮沉降尤其是干沉降的通量尚未被系统地监测，因此氮素干湿沉降总量可能被大大低估。然而，就目前估计的氮沉降量也将给我国陆地和水生生态系统带来巨大的挑战。

大气氮沉降为全球环境问题研究的热点之一，氮沉降量的不断增加将引起一系列生态问题，而且我国是全球三大氮沉降集中区之一，因此在我国开展氮沉降相关研究已是当务之急。国内外学者关于氮沉降的研究主要集中在植物及土壤微生物等方面，对土壤动物群落的研究相对较少。大部分氮沉降最终都会进入土壤生态系统，并且氮素的循环过程离不开生物。大部分土壤动物个体小，活动性差，对环境的改变反应敏感，因此氮沉降势必会对土壤动物群落结构及生态功能造成很大影响。现代土壤动物学的研究己进入生物生产力和人类、环境关系的研究阶段，全球变化对土壤生物的影响已成为土壤生态学研究的前沿领域。因此，对集约林业生产条件下土壤动物与环境的相互作用关系，研究土壤动物群落随土壤氮素增加的变化过程及规律，建立现代人工林生产条件下土壤动物安全系统，是当前土壤动物研究的重要内容。但是对于氮沉降背景下土壤动物群落所受的影响研究相对较少，特别是针对人工林生态系统。因此，在人工林生态系统研究土壤动物群落对氮沉降的响应有非常重要的实践意义。

2. 国内外研究现状分析

国外自19世纪50年代以来就开展了氮沉降的研究，比如英国洛桑实验站早在1853年前后就已开展雨水氮的收集与测定，但直至20世纪70年代，这些研究还仅集中在欧洲、北美，且研究位点比较分散。20世纪80年代末，一些长期的定位研究才开始开展起来，并逐渐形成了有组织的、大规模的跨区域研究网络，如美国的国家大气沉降计划（nadp）、清洁空气状况与趋势网（castnet）和欧洲的氮沉降监测网络nitrex、exman和emep等。我国关于氮沉降的研究可追踪与20世纪30年代，但国内更系统的研究则始于20世纪70年代，主要集中于氮湿沉降的监测。在对城市的湿沉降监测中表明，广州市1990年降水中氮年均沉降量为73kg/hm2。1998～2003年上海地区6年雨水无机氮浓度4.74mg/l，降水的化学成分已相当于地表水v类、劣v类水平，雨水氮素浓度亦是相当之高。在森林生态系统氮沉降监测中，监测点主要集中在国家鼎湖山森林保护区，研究表明中国鼎湖山森林区降水氮年均沉降均超过森林氮沉降临界点（25kg/hm²）。

土壤动物在生态系统物质循环过程中起着十分重要的作用，它们既是分解者也是消费者。土壤动物通过对枯落物的粉碎、取食、混合和湿润等直接作用，改变枯落物质量以及影响土壤微生物群落结构与活性，从而控制有机质的分解速率和养分的周转量。xuluc-tolosa等对次生雨林四个树种凋落物分解的研究发现，排除土壤动物后，凋落物中有效氮的含量明显比有土壤动物存在的情况低。土壤环境因素的改变会引起土壤动物群落结构、多样性和功能的改变。土壤动物特别是中小型土壤动物参与多种生物和养分循环过程，对外界变化反应灵敏，能够综合体现其生长环境特征。因此，土壤动物常被作为环境质量变化的综合指示因子。线虫、蚯蚓和甲螨（尤其是线虫和蚯蚓）可以调节微生物种群的密度，以及微生物的有机酸和菌丝的产生，而与土壤养分关系密切，因此能够指示土壤质量的变化。rousseau等报道了蚯蚓、甲螨的个体数量与 som、tn 密切相关，可以指示土壤肥力特征。线虫的群落结构变化可从不同程度上表征环境质量的变化，揭示土壤环境的状态。土壤螨类的多样性可以反映出生态环境的优劣情况，例如土壤环境较优越的森林生态系统中土壤螨类的多样性显著高于土壤环境相对劣势的农田生态系统。蚯蚓比其他土壤动物对土壤污染物反应更敏感，一般轻度污染即可引起蚯蚓数量的减少，严重污染则可使蚯蚓多样性明显降低。

目前关于氮沉降对森林土壤动物的专门研究相对较少，仅见于欧美和我国鼎湖山，如著名的nitrex项目，以及huh ta等和xu等开展的相关研究。研究的内容对大型土壤动物和中型土壤动物涉足较多，对小型动物涉足较少。一般来说，土壤中n素的额外增加将给土壤动物群落带来负面影响，降低其多样性。如在nitrex研究中，boxman等在低氮沉降点发现弹尾目的多样性远大于高氮沉降点。在国内鼎湖山森林生态系统长期氮研究项目中，xu等发现模拟氮沉降增加显著降低了成熟林土壤动物群落的多样性。然而也有研究表明，低浓度的氮添加促进了动物群落多样性的增加，如徐国良等对马尾松林土壤动物研究发现，为期16个月的氮处理促进了动物群落的多样性。此外，也有个别研究发现氮沉降对森林土壤动物没有影响，如xu等针对针阔混交林的研究结果显示，氮沉降对土壤动物没有明显的影响。就所研究的结果来看，过量氮沉降产生的土壤酸化和铝毒危害是减少动物多样性的主要原因。如kuperman对三块长期受不同程度氮沉降影响的区域进行了大型土壤动物的野外调查，发现在酸沉降最低的illinois，大型土壤动物的总个体数、分解者和捕食者的数量都极显著高于另外两地。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）不同龄级不同浓度下土壤动物优势种的变化

（2）氮添加对土壤理化性质和土壤动物多样性的影响

4. 研究创新点

1、研究不同浓度氮添加对杨树人工林土壤动物群落结构季节动态的影响规律；

2、探讨土壤动物多样性与各土壤理化参数相关性。