隨著氮沉降全球化和我國氮沉降形勢越來越嚴峻,準確量化沉降氮在植物和土壤中的滯留和分配是評估氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)影響方向和程度的關鍵。15N標記手段不僅能準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間在各組分中的再分配過程。氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)影響的研究在我國起步較晚,國際上對不同形態(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)是基于較短時間尺度,還缺乏長期的研究。
中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學研究團隊在清原森林生態(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行了為期三年成對15N標記實驗,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,并比較了不同時間尺度下(1周~3個月和1年~3年)的差異以及森林類型之間的差異(圖1)。每個15N標記樣方面積為200 m2,每個處理3個重復樣方。研究結果表明,沉降氮進入生態(tài)系統(tǒng)后,在開始的三個月?lián)p失較快,后期損失較慢。3個月后,生態(tài)系統(tǒng)的15N回收率為58%,3年后為47%。由于通過流失損失的15N所占比例僅不到1%,因此在開始三個月的氮損失很可能是通過氣態(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,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質(zhì)層,這種差異在15N標記起始階段表現(xiàn)更為明顯,但隨時間延長差異變小。該研究成果對于認識氮沉降在溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)的去向和周轉、評價氮沉降對生態(tài)系統(tǒng)的碳吸存貢獻和對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”為題在美國生態(tài)學會期刊Ecological Applications發(fā)表。這是穩(wěn)定同位素生態(tài)學組在Ecological Monographs之后,再次在美國生態(tài)學會期刊發(fā)表穩(wěn)定同位素技術在氮循環(huán)研究運用的相關成果。方運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。 該研究得到國家重點研發(fā)項目、中國科學院前沿科學重點研究項目、中國科學院盧嘉錫國際團隊和國家自然科學基金資助。

標記的15N 在兩個森林中主要去向和再分布




