Environmental Pollution | 亚热带森林氮饱和阈值和多个指标

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  Introduction  

大气氮沉降的增强改变了森林生态系统中氮和碳的状态和动态。当森林生态系统的N输入超过生物的总需求时，森林可被定义为“N饱和”。这主要表现在氮矿化和硝化速率增强，以及氮因硝酸盐(NO3-)淋失和一氧化二氮(N2O)排放的增加。大多数对森林氮状态的评价都是基于对梯度氮沉降下的多个森林生态系统的长期观测，以氮质量平衡为基础进行的。

  Methods  

本研究在中国西南部11个亚热带森林生态系统中进行，沿N沉降梯度研究了穿透雨和土壤水分中硝态氮(NO3-)和铵态氮(NH4+)浓度和通量的时空变化规律。采集雨水、土壤、植物样品，分析其理化性质，测定15N天然丰度。

  Results  

冬季的穿透雨中无机氮的比夏季穿透雨浓度更高。在所有站点，穿透雨NH4+的浓度普遍大于NO3-。但在土壤中，NO3-的浓度普遍大于NH4+。在穿透雨中溶解的无机氮含量较高的地点，尽管NH4浓度降低，但由于NO3浓度显着增加，因此表层土壤水中的无机氮(DIN)浓度与穿透雨中的氮含量相似甚至更高。在其他5个穿透雨中的DIN浓度相对较小的地点，从穿透雨到地表水的4个季节DIN浓度均显著下降。从表层到深层，土壤中的DIN含量略有下降。

氮输入小于26.4 kgN ha-1 yr-1的地点，只有中等的氮淋失率(<5 kg N ha-1 yr-1)。因此，亚热带森林氮淋失的阈值为26-36 kg N ha-1 yr-1。

在本研究中，当C/N小于20时，氮淋溶量显著增加，说明表层矿质土壤的C/N可以作为氮饱和的指标。

叶片、树干和毛翅蕨的d15N随着氮沉降和根区以下土壤氮淋失量的增加而显著增加。本研究测得的富集因子随氮沉降增加的趋势与其他研究区域相似。

  Conclusion  

总体而言，亚热带森林中氮淋失的阈值为26-36kg N ha-1 yr-1。在普通强淋溶土马尾松(30-40年生)次生林中，叶面N含量和d15N，以及森林地面和地表矿质土的C/N比值可以作为氮饱和的指标。对于不同林龄、植被类型和土壤类型的森林，这些指标对N饱和度的临界值有待进一步研究。无论氮输入d15N的空间异质性、土壤氮有效性和地貌特征如何，富集因子均可用于研究森林生态系统中氮沉降的影响。

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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.06.001