Sammendrag Siden 80-tallet har mange studier vist at økt nedfall av atmosfærisk nitrogen (N) endrer næringssyklusen i mange økosystemer. Nitrogen-metning i skogøkosystemer og dets følger har blitt vist for tempererte og boreale systemer i Europa og Nord-Amerika. En økning i emission og nedfall av N har er forventet i Kina, særlig i det subtropiske sørlige del av landet. Så langt har det vært lite forskning på kvantifisering av N nedfall og dets økologiske effekter i subtropiske skogøkosystemer. Store kunnskapshull knyttet til sammenhenger mellom emission, deposisjon og effekter av N hindrer utviklingen av en effektiv N forurensingskontrollpolitikk. Denne avhandlingen fokuserer på nedfall av atmosfærisk N, netto N-omsetninger og N- dynamikk i utvalgte subtropiske skogdekkede nedbørfelt i Sør Kina, dominert av Masson furu. Forskningsområdene har et monsoon klima, med varme og fuktige sommere og kalde, tørre vintere. En rik bunn- og buskvegetasjon er vanlig i alle felt og er potensielt viktig for interseptionsfordamping og rensing av luftforurensing. Jorda er sur med en lav base- metningsgrad. Konsentrasjoner av uorganisk N (ammonium og nitrat) i nedbøren i skogfeltene er minst en potens høyere enn det som måles som bakgrunnsverdier globalt. Konsentrasjonsnivåene er sammenlignbare med verdiene målt i mange av Kinas forurensede byer. Nitrogen i nedfall er dominert av ammonium, unntatt ved LiuXiHe sør i Guangdong provinsen, hvor nitrat har større betydning. Både trebestanden og bunn- og buskvegetasjonen påvirker N fluksen i kronedryppet. På de mest forurensede feltene (TieShanPing og CaiJiaTang) er både skog-, bunn- og buskvegetasjonen netto N kilder, sannsynligvis på grunn av tørrdeposisjon. I motsetning er skog-, bunn- og buskvegetasjon på de mindre forurensede feltene (LiuChongGuan, LeiGongShan og LiuXiHe) et netto sluk for atmosfærisk N, på grunn av N opptak fra bladoverflater. Et minimumsanslag for den årlige totale tilførsel av uorganisk N, basert på nedbør og kronedrypp data, varierer mellom 0.8 og 4.0 g N m-2 år-1. På de mest belastede steder kan tørrdeposisjon bidra med opptil 50% av totaldeposisjonen. Nitrogenbelastningen på to av de undersøkte feltene overskrider 1.0 – 2.5 g m-2 år-1, som er minimumsdeposisjonsnivået hvor en kan forvente nitratavrenning i tempererte og boreale skoger. I jord fjernes NH4+, men ikke NO3-, raskt fra jordvannet ved perkolering. Noe netto tap av uorganisk N fra det perkolerende vannet skjer in de øvre 60 cm av jorden, men dette varierer fra felt til felt. Sannsynligvis, blir mye av det gjenværende uorganiske N fjernet fra perkoleringsvannet i kantsonene langs bekken eller, som for TieShanPing feltet, i en liten vanndam like ovenfor V profilen. Nitrogen i jordvann og bekkevann er dominert av nitrat. På nedbørfeltskala blir bare en begrenset del av det totale atmosfæriske N nedfallet transportert ut med bekkevann. Bidraget fra N omsetninger i feltet til den totale syrebelastning er 0.16 og 0.10 molc m-2 år-1 i hhv TieShanPing og CaiJiaTang feltet, betydelig større enn netto tilførsel av fritt H+ (hhv 0.08 og 0.01 molc m-2 år-1). I de øvre 15 cm av jorda i TieShanPing og CaiJiaTang, varierer det gjennomsnittlige N lageret mellom 1460 og 2040 kg N ha-1, hvor O/A horisonten (0-3 cm) bidrar med 25 til 55%. C/N forholdet avtar fra 18 (O/A sjiktet) til 11 (B2 sjiktet). In situ mineraliseringhastigheter i de øvre 15 cm av jorda varierer fra 63 kg N ha-1 år-1 (TieShanPing) til 53 kg N ha-1 år-1 (CaiJiaTang), hvor O/A horisonten bidrar med mer enn 30%. På grunn av et manglende O sjikt, kan C/N forholdet for dette sjiktet ikke brukes som indikator for N status og N utvaskning fra disse systemene. Nitrogenutvaskning i subtropisk Kinesisk skogsjord forklares best med summen av netto mineraliseringshastigheten og tilførsel av uorganisk N i O/A sjiktet (den så-kalte fluks- tettheten av mineral N). En fluks-tetthet av 90 kg N ha-1 år-1 ser ut til å være nødvendig for å få N utvaskning i jord. I individuelle jordsjikt er netto N mineraliseringshastigheter godt korrelerte med C/N forholdet. Nitratkonsentrasjoner i bekkevann varierer med sesong, med høgste konsentrasjoner om sommeren, sannsynligvis på grunn av klimatiske og hydrologiske forhold heller enn N- metning av systemet. Derfor kan økte konsentrasjoner av nitrat om sommeren ikke brukes som indikator for N metning i subtropiske nedbørfelt med et monsoon klima. Derimot kan gjennomsnittskonsentrasjonen for nitrat brukes for å sammenligne den relative N statusen mellom felt. Sesongvariasjoner i in situ netto N mineralisering er relatert til sesongvariasjoner i jordvannspotensial og jordtemperatur, hvor varme, våte måneder på forsommeren gir størst mineraliseringshastighet. Den romlige variasjonen i in situ netto N mineralisering er signifikant korrelert med substratfaktorer. Tilgjengelighet av ammonium i jord, heller enn jord pH, er en begrensende faktor for den gjennomsnittlige årlige nitrifiseringshastighet. Økt forståelse av nitrogenets biogeokjemi i skogøkosystemer krever systemstudier som dekker forskjellige kombinasjoner av skala i både tid og rom. Prinsipal-komponent-analyse (PCA) ble brukt til å integrere variabler for klima og jordegenskaper i en substrat-indeks og en mikro-miljø-indeks. Substrat-indeksen integrerer jordas innhold av organisk karbon (C), total N, ammonium-N og nitrat-N. Mikro-miljø- indeksen innbefatter jordas pH, jordtemperatur og jordvannpotensial. Regressionsanalyse indikerer at substrat -indeksen i hovedsak er ansvarlig for den romlige variasjonen i N mineraliseringen. PCA er et nyttig verktøy for å integrere multi-variate målinger fra felt og kan brukes som en datagrupperingsteknikk for manipulering av feltobservasjoner forut for oppskalering.
|
