杨树人工林土壤微生物量碳对模拟氮沉降的响应研究开题报告

1. 研究目的与意义

由于人类活动诸如矿物燃料燃烧、含氮化肥的生产和使用及畜牧业等向大气中排放的含氮化合物激增的原因，大气氮沉降成比例增加。美国和欧洲氮沉降增加的比例相对更高，在美国东北部当前氮沉降率比本底水平增加10~20倍，欧洲畜牧业和工业发达的地区氮沉降超过25kg/(hm2a)。氮沉降的增加使许多陆地生态系统氮饱和，对森林生态系统产生广泛的影响。氮沉降的增加甚至已成为欧美一些地区森林衰退的主要原因，因而引起科学家的高度关注。森林土壤是森林生态系统中最大的碳库，因此了解森林土壤碳是研究陆地生态系统碳循环的重要前提。

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库，是全球碳循环的重要组成部分，在全球碳收支中占主导地位。不断加剧的全球氮沉降对森林生态系统碳循环产生深刻的影响，进而改变了森林生态系统的生产力和生物量积累。目前，全球变化与土壤碳循环之间的反馈作用，即酸沉降、大气co2浓度增加和人为活动与土壤碳循环之间相互影响的研究，已经成为碳循环研究的热点。

土壤是陆地生态系统中最大且周转时间最长的碳库。它由有机碳库和无机碳库两大部分组成。虽然土壤活性有机碳只占土壤有机碳库很小一部分，但是它可以在土壤全球变化之前反映土壤微小的变化，同时它直接参与了土壤生物化学转化过程，又是土壤微生物生命活动的能源，对土壤养分的有效化有着极其重要的作用。土壤中用来表征土壤活性碳库的指标通常有可溶性有机碳、微生物生物量碳等。土壤微生物是土壤活性有机质中最活跃和最易变化的部分，是土壤中植物有效养料的储备库或源，可以反映参与调控土壤中能量和养分循环以及有机物质转化的对应微生物的数量，通常以微生物生物量碳(microbiabiomasscarbon，mbc)含量来表示土壤微生物量的大小。土壤微生物生物量碳的周转较快，具有较高的敏感性，可以在土壤有机质变化被有效地测定之前反映土壤的变化，并且其对土壤环境因子的变化极为敏感，土壤的微小变化均会引起其活性的变化。

2. 国内外研究现状分析

世界各地大气氮沉降的通量与氮排放量呈线性关系（alcamo，1989）。工业化和现代农业正在增加对全球氮素循环的贡献，在某些地区氮素的人为排放已超过自然排放量而居主导地位（apsimon,1987）。全球有40%的氮肥用于热带和亚热带地区，到2020年将有超过60%的氮肥用于该地区。同时在未来几十年内化石燃料的使用也将成倍增加（galloway,2003）。

近几十年来，随着经济的迅速发展，在我国的一些森林中，已发现有很高的氮沉降量.。我国南方已成为继欧美之后的第三大酸沉降区。地处经济发达的珠江三角洲氮沉降量与欧洲最高的氮沉降速率相比已经十分接近。随着我国社会经济工农业的进一步发展，一些地区的氮沉降量还可能继续增加。1990我国nox排放量为842.2万t，比1950年增长近33倍，排放强度最大的是中东部地区。据预测，2020年nox的排放量将在3.9~5.4tg(tg=1012g)之间，相当于1281~1774万tno2（王兴文，1997）。

氮素是植物生长不可或缺的营养元素，在一些地区曾经是制约因素。工业革命以来，人类活动显著增加了大气沉降向土壤的氮输入，过量的沉降量影响植物的生长及生态系统的功能和生物多样性，会对森林生态系统产生负面影响。氮沉降改变了全球氮循环，也影响着森林凋落物的分解。氮沉降使微生物降解中碳的限制加剧，改变分解者微生物群落组成，降低凋落物分解速率（莫江明，2006）。凋落物呼吸是表示凋落物分解速度的指标之一，氮沉降对凋落物呼吸的影响基本上与其对凋落物分解的影响是一致的，在凋落物分解早期,氮输入促进了凋落物呼吸速率；而在分解后期，氮元素对其呼吸起到了抑制作用（邓小文，2007）。除此以外氮沉降还会造成土壤酸化、有机质溶出、土壤氮淋溶等，,同时会导致植物光合作用减弱、对其他营养元素的吸收减少、对寒冷、干旱以及病虫害的敏感性增强、降低生态系统的生物多样性等等（周薇，2010）。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.采用大田试验与实验室测定分析相结合的方法，分析了不同土壤深度杨树人工林土壤微生物生物量碳的分布规律；

2.不同林龄杨树人工林土壤有微生物生物量碳的分布规律；

4. 研究创新点

随着全球沉降氮数量的不断增加，其对森林生态系统的影响也在日益增强。目前有关大气氮沉降对杨树人工林生态系统的影响及反馈还鲜有报到。

杨树人工林地力衰退问题已严重影响了人工林的长期稳定性和生长量，维护与提高杨树人工林林地土壤肥力，防治地力衰退成为需要迫切解决的问题。通过本实验的研究，可以初步地为在全球气候不断变化的背景下，如何进行杨树人工林的可持续经营提供理论基础。