隨著氮沉降全球化和我國(guó)氮沉降形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻,準(zhǔn)確量化沉降氮在植物和土壤中的滯留和分配是評(píng)估氮沉降對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)影響方向和程度的關(guān)鍵。15N標(biāo)記手段不僅能準(zhǔn)確量化沉降氮在不同生態(tài)系統(tǒng)組分中的滯留率,還可以闡明沉降氮隨時(shí)間在各組分中的再分配過(guò)程。氮沉降對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)影響的研究在我國(guó)起步較晚,國(guó)際上對(duì)不同形態(tài)沉降氮(如NH4+和NO3-)影響的研究也較少。此外,已有研究多數(shù)是基于較短時(shí)間尺度,還缺乏長(zhǎng)期的研究。
中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在清原森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站選擇東北地區(qū)典型落葉松人工林和次生混交林進(jìn)行了為期三年成對(duì)15N標(biāo)記實(shí)驗(yàn),研究不同形態(tài)沉降氮(NH4+和NO3-)在不同生態(tài)系統(tǒng)組分中的滯留和再分配,并比較了不同時(shí)間尺度下(1周~3個(gè)月和1年~3年)的差異以及森林類型之間的差異(圖1)。每個(gè)15N標(biāo)記樣方面積為200 m2,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)樣方。研究結(jié)果表明,沉降氮進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后,在開(kāi)始的三個(gè)月?lián)p失較快,后期損失較慢。3個(gè)月后,生態(tài)系統(tǒng)的15N回收率為58%,3年后為47%。由于通過(guò)流失損失的15N所占比例僅不到1%,因此在開(kāi)始三個(gè)月的氮損失很可能是通過(guò)氣態(tài)氮的方式損失。不同形態(tài)沉降氮生態(tài)系統(tǒng)總回收率相當(dāng),但在不同生態(tài)系統(tǒng)組分中的去向分配差異明顯。與NH4+相比,NO3-較多的被植物吸收,較少滯留在土壤有機(jī)質(zhì)層,這種差異在15N標(biāo)記起始階段表現(xiàn)更為明顯,但隨時(shí)間延長(zhǎng)差異變小。該研究成果對(duì)于認(rèn)識(shí)氮沉降在溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)的去向和周轉(zhuǎn)、評(píng)價(jià)氮沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的碳吸存貢獻(xiàn)和對(duì)大氣和水體氮污染的影響有重要的意義。
該成果以“Fate of atmospherically deposited NH4+ and NO3- in two temperate forests in China: temporal pattern and redistribution”為題在美國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)期刊Ecological Applications發(fā)表。這是穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)組在Ecological Monographs之后,再次在美國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)期刊發(fā)表穩(wěn)定同位素技術(shù)在氮循環(huán)研究運(yùn)用的相關(guān)成果。方運(yùn)霆研究員為通訊作者,博士后李善龍和Geshere Abdisa Gurmesa為共同第一作者。 該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院盧嘉錫國(guó)際團(tuán)隊(duì)和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。

標(biāo)記的15N 在兩個(gè)森林中主要去向和再分布




