1. 目的意义
中国典型森林养分添加实验网络（NEECF）自2010年实施以来，初步研究结果显示，外源氮添加可以显著改变森林碳生物量和碳收支主要过程。氮添加通过改变土壤养分和理化性质、进而改变植物生理生态过程以及化学计量特征等方面，综合影响森林碳收支过程对土壤和植物矿质养分含量的影响。
经过3~4年的施肥处理，氮添加提高了森林土壤矿质氮（铵态氮和硝态氮）含量。其中，寒温带针叶林土壤铵态氮对施肥的响应程度（即土壤氮含量沿施肥梯度的斜率）最高，热带森林最不敏感，随着纬度的升高，土壤铵态氮含量对施肥的响应程度逐渐提高。土壤硝态氮在亚热带常绿阔叶林与寒温带针叶林中响应较为敏感，在其他森林响应不敏感，其响应沿纬度并未呈现一定规律（图10）。研究还发现，3~4年氮添加处理对土壤pH（0-10cm）没有产生显著影响，因而未出现明显的土壤酸化现象（图11）。
氮添加对植物叶片化学计量特征有显著影响。氮添加提高了乔木、灌木、草本以及苔藓植物叶片的氮含量，不同生活型植物叶片氮含量对氮添加响应不同，其敏感性呈如下顺序：苔藓植物>草本植物>灌木>乔木（图12）。
图10.土壤矿质氮含量对氮添加的响应，土壤矿质氮含量经过log10转换
图11.表层土壤（0-10cm）pH 对施肥的响应（施肥3~4年测量）
图12.苔藓、草本、灌木、以及乔木叶片氮含量对氮添加的响应
对森林生态系统生产力的影响
氮添加显著促进了森林生态系统的净初级生产力，氮添加对净初级生产力的促进效应值（kg C /kg N）在寒温带针叶林（根河）为最低（2~3 kg C /kg N），在海南热带山地雨林（尖峰岭）为最高（9~14 kg C /kg N）（图13）。施肥效应随温度升高而增大，随林龄增加而减小（图14）。
图13.不同气候带典型森林生态系统生产力对氮添加的响应
图14.森林净初级生产力的施肥效应(kg C/kg N)随纬度、年均温及林龄的变化
对森林土壤呼吸的影响
不同氮添加对土壤异养呼吸的影响不同，两者的关系呈非线性变化。中、低氮处理对异养呼吸多表现为促进效应，而高氮处理则多表现为抑制效应（图15），施肥总体上提高了异养呼吸。中国典型森林生态系统林异养呼吸对不同氮添加水平的响应差异，将影响其碳收支过程，从而改变其碳源汇特征。
对森林生态系统碳循环的综合影响
结合基准点森林生态系统碳循环精细计量特征及碳循环主要过程对施肥的响应，本研究以四个气候带的典型森林生态系统（热带山地雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林和寒温带针叶林）为例，构建了氮添加背景下中国森林生态系碳循环模式（图16）。由于施肥时间较短，本研究默认土壤碳库保持不变，土壤+凋落物碳库变化特指凋落物碳库的变化。
图16显示，3~4年的氮添加不同程度地增加了植被碳库（+0.35 t C ha-1yr-1）、以及土壤和凋落物碳库（+0.03 t C ha-1yr-1），提高了生态系统净初级生产力（NPP，+0.68 t C ha-1yr-1），同时促进了异养呼吸（Rh，+0.56 t ha-1yr-1)，施肥对净生态系统生产力（NEP）表现为增加效应（+0.12 t ha-1yr-1）。
图15.氮添加对典型森林生态系统异养呼吸的影响
图16.中国典型森林生态系统碳循环模式对施肥的响应，括号内为通量值，红色表示正响应。
2.科学问题
3.负责人及硬件保障条件
负责人：方精云、唐志尧、吉成均jicj@pku.edu.cn
