Biogeochemistry综述|背景氮沉降决定氮添加对森林生态系统土壤总氮转化的影响

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  Introduction  

氮沉降增加可以提高森林土壤氮的有效性，刺激森林生产力，但也可能对森林生态系统造成一系列与氮相关的有害影响，包括土壤酸化、地下水和地表水的污染、N2O和NH3排放以及生物多样性的丧失等。大气沉降的氮首先进入土壤，主要通过土壤微生物在氮的形态之间进行转化，然后被土壤保留，或被植物吸收，或损失到水体和大气中。然而，传统的净N转化率计算方法只能反映同时发生的总N转化率的结果，不能提供实际的N矿化、硝化和固定化过程的信息。此外，许多研究试图通过在土壤中添加不同剂量和形式的氮肥模拟氮添加试验，揭示森林土壤氮循环对氮沉降的响应。考虑到模拟氮添加实验是在大范围的背景氮沉降速率下进行的，没有考虑背景氮沉降对模拟氮添加与土壤总氮转化率之间关系的可能混淆效应。尽管背景氮沉积速率通常低于实验氮添加速率，仍可能对森林生态系统氮动态产生显著影响。

  Methods  

作者搜集的数据集为27篇文章中的261对观测数据。涵盖了热带/亚热带、温带和北方地区针叶林、阔叶林和混交林的土壤有机层和矿物层。

  Results  

总体而言，氮添加显著提高了森林土壤中总氮矿化率15.4%，总硝化率42.5%，但对NH4+和 NO3-的固定无显著影响。总硝化作用与总NH4+固定速率的比值(N/IA)在N添加的响应下显著提高了66.8%。

模型选择分析表明，背景氮沉降速率是所有土壤总氮转化速率对实验氮添加响应的一个相对重要的预测因子。

N矿化、硝化和NO3-固定化的总速率对N添加的响应率随着背景N沉降显著降低。总NH4+固定化率和N/IA对氮添加量的响应率随背景氮沉降变化不显著。

   Conclusion  

本研究填补了背景氮沉降如何影响森林生态系统中土壤总氮转化率对氮添加响应的关键空白。研究发现总矿化、硝化作用和NO3-固定的N沉积背景阈值分别为3.23，6.02，1.90kg N ha-1 yr-1，因此，本底氮沉降速率应纳入生态系统模型，以更好地预测未来氮沉降情景下森林生态系统的氮循环。

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