人類活動導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的氮沉降量增加,進而影響森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響取決于沉降氮的去向。如果沉降氮被植物吸收利用,則提高森林初級生產(chǎn)力,從而增加森林碳匯;如果沉降氮以氮淋溶和氣態(tài)氮的方式損失,則不會增加碳匯。熱帶森林占全球陸地面積的12%,其碳匯約占全球碳匯的33%,在調(diào)節(jié)全球氣候變化以及陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)過程中起著極其重要的作用。因此,研究熱帶森林沉降氮的去向?qū)τ陬A(yù)測熱帶森林碳匯功能對氮沉降的響應(yīng)至關(guān)重要。15N示蹤法是能夠準確量化沉降氮在森林生態(tài)系統(tǒng)各組分中的去向和再分配過程的唯一方法。目前,僅有三個熱帶森林的15N示蹤實驗研究,而且是短期的(三個月到一年),在更長的時間尺度下沉降氮去向及其對碳匯的影響仍未知。
基于此,沈陽生態(tài)所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)研究團隊在海南尖峰嶺熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)定位站選擇熱帶山地原始林和次生林分別進行了為期三年的成對15N標記實驗,探討不同形態(tài)沉降氮(NH4+和NO3-)在生態(tài)系統(tǒng)不同組分中的去向和再分配過程。研究發(fā)現(xiàn)15N標記后三個月,超過60%的沉降氮被熱帶山地森林生態(tài)系統(tǒng)截留,此后生態(tài)系統(tǒng)15N總回收率沒有顯著變化,但隨時間推移,有機層土壤15N回收率顯著下降,植物和礦質(zhì)土壤15N回收率增加(圖1)。在溫帶森林中,大部分沉降氮仍穩(wěn)定地固持在有機層土壤中。該研究表明在熱帶森林中大部分沉降氮能長期穩(wěn)定地固持,但會較快的進行重新分配,即土壤截留的沉降氮較快礦化后會重新被植物吸收利用。進一步計算得出熱帶森林氮沉降的固碳貢獻效率為14-18 kg C/kg N。另外,不同形態(tài)沉降氮生態(tài)系統(tǒng)總回收率相當,但在不同生態(tài)系統(tǒng)組分中的去向分配差異明顯,植物偏好吸收NO3-而有機層土壤固持更多的NH4+。
該成果以“Dynamics and multi‐annual fate of atmospherically deposited nitrogen in montane tropical forests”為題發(fā)表于Global Change Biology(IF = 8.55)。沈陽生態(tài)所方運霆研究員為通訊作者,助理研究員王盎為第一作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目和盧嘉錫國際團隊項目、遼寧省興遼英才項目、國家自然科學(xué)基金資助。

圖1 海南島尖峰嶺熱帶森林大氣沉降氮去向和再分配過程




