Environmental Pollution综述|中国森林生态系统对氮沉降增加的响应

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  Introduction  

自20世纪70年代末以来，中国经历了快速的农业、工业和城市发展，各种环境问题也随之出现。氮沉降的增加对陆地生态系统产生了深远的影响，包括土壤酸化、养分失衡和生物多样性丧失。特别是在中国东部和南部，大气N沉降已达到极高水平(偶尔超过80kgN ha-1 yr-1）。此外，氮沉降的空间格局以城市热点为特征，且随着距离大城市的距离而显著减少，表明城市化对区域氮循环的影响显著。在中国，森林约占陆地面积的五分之一。基于国家监测数据集的综合，显示中国森林的干、湿沉降已达到14和21.5 kg Nha-1 yr-1，这意味着在很大范围内超过了临界N负荷。最近的评估进一步表明，中国15%的陆地N沉降超过了临界负荷，主要分布在中国东部、中部和南部。

  Methods  

基于国家监测数据集的综合和meta分析。

  Results  

综合观测结果表明，20世纪80年代以来，中国各森林生态系统土壤全氮含量显著增加，其中氮沉降是主要的驱动因素。基于22个氮添加试验的meta分析，我们发现热带(+26.9%)、亚热带(+5.4%)、温带(+4.5%)和北方(+17.3%)森林土壤全氮含量总体增加。其中，土壤氮含量对施氮量的正响应与施氮量和施氮时间密切相关。

不同森林类型土壤pH值的时间变化可能与背景沉积水平有关。我们发现土壤pH随氮添加总体下降(-1.8%)。不同森林类型土壤pH值显示一致的下降趋势。此外, 温带森林土壤pH值的减少量高于亚热带和热带森林，说明温带森林土壤pH值对氮沉降的敏感性高于热带和亚热带森林。

添加N显著降低了MBC和MBN。其中，亚热带森林的MBC和MBN分别下降8.1%和4.7%。温带和热带森林的MBC对氮添加没有显著响应(研究样本量有限)。而温带森林的MBN减少了37.5%，热带森林的MBN增加了27.9%。

氮沉降可直接或间接改变土壤性质和微生物，并影响细根的生长，从而影响土壤呼吸。结果表明，氮添加使亚热带和热带森林土壤呼吸平均减小3.4%，而对温带森林土壤呼吸的影响不显著。

  Conclusion  

总的来说，氮沉降普遍增加了土壤氮有效性和土壤氮淋失量，降低了土壤pH值。因此，微生物生物量C和微生物生物量N均降低，尤其是亚热带森林。氮沉降增加了叶片氮浓度和磷吸收效率，可能导致森林生态系统养分失衡。虽然施氮不影响下层植物的物种丰富度，但显著改变了林下植物的物种组成。氮的增加对温带森林树木生长有促进作用，而对亚热带和热带森林的促进作用较弱。温带森林土壤呼吸对N添加量的响应呈非线性变化，当N添加量<60 kg N ha-1yr-1时呈增加趋势，当N添加量>60kg N ha-1yr-1时呈下降趋势。而在亚热带和热带森林，随着氮输入的增加，土壤呼吸持续下降。鉴于中国森林氮沉降负荷的未来趋势，进一步研究氮沉降对森林生态系统的影响，对中国森林经营战略具有重要意义。

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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.08.010