一氧化氮(NO)化學活性強,影響著大氣環(huán)境化學,極易被對流層臭氧和氫氧自由基氧化,同時也是大氣細顆粒物中硝酸鹽形成的前體物質(zhì)。森林土壤是大氣NO的重要排放源,但全球森林土壤NO排放仍存在很大的不確定性,這影響了全球森林NO排放的估算,其中站點分布不均和缺乏高頻在線監(jiān)測是重要原因。目前,在全球森林開展土壤NO排放研究的站點有59個,而連續(xù)自動監(jiān)測研究則只有13個,在中國溫帶森林還沒有NO連續(xù)自動監(jiān)測的報道(圖1)。
基于此,中科院沈陽應用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學團隊在遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站一典型溫帶針闊混交林建立了高頻連續(xù)土壤NO排放速率的自動采樣和測定系統(tǒng)(系統(tǒng)由15個土壤呼吸室、自動控制系統(tǒng)和NO-NO2-NOx分析儀組成),對該站點森林土壤NO的排放通量進行了連續(xù)兩年的觀測(圖2)。
研究發(fā)現(xiàn)該站點森林土壤NO年排放量為0.42±0.04kg N ha-1,低于全球森林土壤平均排放水平1.34±0.28kg N ha-1 yr-1,其中生長季NO排放貢獻占全年NO通量的92%。土壤溫度是NO排放的主要調(diào)控因子,解釋了NO季節(jié)變化的90–92%。NO通量的表觀溫度敏感性(Q10)為3.67(圖3)。此外,研究還發(fā)現(xiàn)生長季NO排放受土壤濕度的影響,最適土壤濕度為37% WFPS。通過土壤NO通量的高頻測量,有助于我們更好的理解土壤溫濕度對土壤NO排放調(diào)控機制,為開發(fā)更精確的生物地球化學模型和提高全球森林土壤NO排放估算的準確性提供科學基礎。
該成果以“A strong temperature dependence of soil nitric oxide emission from a temperate forest in Northeast China”為題在2022年6月7日發(fā)表在Agricultural and Forest Meteorology期刊。沈陽生態(tài)所博士生黃凱和特別研究助理宿晨霞為共同第一作者,方運霆研究員為通訊作者。該研究得到了中科院儀器研制項目、遼寧省“興遼人才”計劃、中科院盧嘉錫國際團隊和國家自然科學基金委員會等項目的支持。

圖1. 全球森林土壤NO排放研究的分布(n = 59)

圖2. 清原大氣和土壤溫度(a)、土壤濕度和日降水(b)、土壤NO排放(c)和土壤有效態(tài)氮含量(d)的季節(jié)動態(tài)
圖中陰影部分代表生長季(4月中旬-10月中旬)

圖3. 土壤NO排放與土壤礦質(zhì)層(5cm)溫度的相關性
圖a, b分別代表2019和2020年土壤NO排放與溫度的相關性;圖c代表取0.5 ℃的間隔后NO排放與溫度的相關性




