人类活动所导致的大气CO₂浓度增加已成为当前重要的科学话题并引起了广泛关注。巴黎协议和IPCC报告均指出有效扼制大气CO₂增加是缓和气候变化的重要措施之一，同时也强调需要准确理解大气碳源和碳汇。土壤是陆地生态系统最大的碳库，至少有一半土壤有机碳储存在森林中。值得关注的是，热带和亚热带森林主导全球森林碳循环，两者占据了全球森林78%碳排放和55%碳吸收。人类活动同时也导致大气氮沉降加剧。在全球尺度上，氮沉降总量已从1984年86.6 Tg 增加到2016年93.6 Tg。中国氮沉降虽然已趋于稳定，但总体上还维持在较高水平，部分地区氮沉降已达到30~50 kg N ha^-1 yr^-1。氮沉降通过改变植物生长和微生物活性影响森林土壤呼吸，然而当前学术界有关氮沉降如何影响森林土壤呼吸的认识主要来源于短期氮添加实验。全球相关的氮沉降研究中有80%是短期实验，少数研究达到7-9年但仅在生长季观测。在长期的氮沉降环境下，缺少长时间尺度且连续的实验研究将无法准确认识氮沉降调控森林土壤呼吸的格局及其机制。
      本研究依托中国科学院生态系统研究网络长期定位站，2003年起在鼎湖山亚热带森林建立模拟长期氮沉降样地。鼎湖山有三个不同类型森林：季风常绿阔叶、针阔叶混交林和马尾松针叶林。实验采用两组不同水平的氮添加样方，分别是低中氮处理样方（施氮水平为50和100 kg N ha^-1 yr^-1；监测时间尺度为2011-2019年）和高氮处理样方（施氮水平为150 kg N ha^-1 yr^-1；监测时间尺度为2007-2019年），两组样方均有对照组（不施氮处理）。我们采用静态箱法监测土壤CO₂排放速率。研究结果显示，9~13年施氮处理使土壤碳排放呈现出“无显著变化—显著降低—无显著变化”的三阶段格局。森林类型和施氮水平影响响应格局时间，其中高氮处理可以缩短响应格局所需时间。试验期间，氮添加累计减少土壤碳排放量6.53~9.06 Mg CO₂ ha^-1，平均效率为5.80~13.13 Mg-CO₂/Mg-N。导致森林土壤碳排放出现三阶段格局的机理为：第一阶段植物和微生物碳和氮循环的响应比较弱；进入第二阶段，氮添加处理加剧土壤酸化，植物细根和微生物量减少，抑制土壤呼吸；第三阶段可能植物和微生物适应长期富氮环境，土壤呼吸恢复稳定。研究结果揭示了长期氮沉降对热带森林土壤碳排放的影响和机理，为理解长期氮沉降环境下热带森林土壤呼吸动态和估算土壤碳通量提供了重要依据。
      上述研究于2022年12月发表在Nature Geoscience。

Zheng, M., T. Zhang, Y. Luo, J. Liu, X. Lu, Q. Ye, S. Wang, J. Huang, Q. Mao, J. Mo, and W. Zhang. 2022. Temporal patterns of soil carbon emission in tropical forests under long-term nitrogen deposition. Nature Geoscience, 15, 1002-1010.
 

氮沉降；碳排放；土壤呼吸；热带森林