氮沉降对森林生态系统碳循环影响的模拟研究

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氮是影响陆地生态系统碳循环过程、改变其碳源汇特征的重要因素之一。在氮沉降全球化的环境背景下,研究氮沉降对森林生态系统碳循环的影响及其反馈对于全球变化研究具有重要意义。基于生态系统碳氮耦合的过程机理模型已成为全球问题研究的重要手段。  本研究主要对AVIM2-CN模型的初步版本进行了改进,使其从草地运用到森林生态系统。通过对根吸收有效氮过程、土壤中有效氮和矿化氮的存储以及硝化和反硝化作用的表达方法上做了相应改进,使其能够较好地模拟森林生态系统的氮循环过程,以及氮沉降对森林生态系统碳循环的影响。本文基于改进的AVIM2-CN模型,在对模型充分验证的基础上,分别模拟了1981~2000年大气氮沉降以及不同水平氮添加对长白山温带针阔混交林(CBS)与鼎湖山亚热带常绿阔叶林(DHS)碳循环过程的影响,得出的主要结论有:  在CBS,1981~2000年在氮沉降的影响下,GPP、NPP、土壤异养呼吸(SHR)、LAI、植被和土壤碳密度与无氮沉降影响下相比,分别增加了3.31%、1.95%、6.05%、0.19%、7.20%、7.17%。而NEP在氮沉降的影响下多年平均减少了12.61%,这可能是因为氮沉降引起SHR的增加幅度(6.05%)远大于NPP的增加幅度(1.95%)。除对SHR、植被和土壤碳密度外,氮沉降对GPP、NPP、NEP的影响都没有达到显著水平(P<0.05)。  在DHS,因氮沉降引起的GPP、NPP、NEP、SHR、LAI、植被和土壤碳密度分别增加了9.13%、9.62%、23.62%、6.36%、3.13%、8.98%、6.18%。除NEP外,氮沉降对DHS的其他变量的影响均达到了显著水平(P<0.05)。本研究模拟得到的DHS在1981~2000年间由氮沉降引起的GPP、NPP、NEP、SHR、LAI和植被碳密度的增量均比CBS的增量大,由此表明DHS地区对氮沉降的响应比CBS地区更大。  在CBS和DHS,总体上GPP、NPP、NEP、LAI、植被和土壤碳密度都随氮输入水平的增加而升高,而且增幅也在加大。其中,高、中、低三种水平氮处理与对照组相比都达到了显著水平(P<0.05)。土壤异养呼吸(SHR)在氮素输入的影响下变化较小,不同处理水平间的差异也基本不显著。与CBS相比,DHS的GPP、NPP、NEP、LAI、植被和土壤碳密度对不同氮处理水平的增幅都较大,表明DHS亚热带常绿阔叶林对不同水平氮添加的响应幅度更大  在CBS和DHS,不同水平氮素输入都对植被和土壤碳密度产生了显著影响,但土壤碳密度的增幅均低于植被碳密度的增幅,说明土壤碳库比植被碳库更稳定,对氮素的输入响应更小。
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