土壤氣態(tài)氮(如N2O和N2等)損失是陸地生態(tài)系統(tǒng)氮損失的重要途徑,是導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)氮限制的重要機(jī)制。氣態(tài)氮主要來自硝化作用和反硝化作用等土壤微生物過程。陸地生態(tài)系統(tǒng)是大氣二氧化碳(CO2)重要的碳匯,在調(diào)節(jié)氣候變化方面發(fā)揮著重要的作用。全球陸地生態(tài)系統(tǒng)每年吸收人為活動排放CO2的30%左右,但是其碳匯功能往往受到氮供應(yīng)的限制。與1850-1900年相比,全球地表溫度目前已升高1.1°C左右。IPCC第六次評估報告預(yù)測在本世紀(jì)末(2081-2100年)升溫幅度將很有可能達(dá)到1.8-5.7°C。已有大量野外和室內(nèi)培養(yǎng)的研究表明,全球變暖加快土壤有機(jī)質(zhì)分解、土壤礦化和硝化作用。據(jù)此推論全球變暖很可能會增加土壤氣態(tài)氮的損失,從而使陸地生態(tài)系統(tǒng)更加缺氮,進(jìn)一步限制其碳匯功能。因此,氣態(tài)氮損失對全球變暖的響應(yīng)對于理解氣候變化背景下生態(tài)系統(tǒng)的反饋具有重要作用。由于量化土壤N2釋放速率存在技術(shù)的困難,有關(guān)土壤氣態(tài)氮損失溫度敏感性方面還缺少研究,從而限制了陸地生態(tài)系統(tǒng)對全球變暖響應(yīng)的模型模擬和預(yù)測。
針對上述問題,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所方運(yùn)霆研究員團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張揚(yáng)建團(tuán)隊(duì)等建立了15N標(biāo)記量化土壤N2O和N2產(chǎn)生速率的技術(shù),對中國18個森林土壤反硝化作用N2O和N2產(chǎn)生速率的溫度敏感性進(jìn)行了研究,探討了主要驅(qū)動因素,并利用生態(tài)系統(tǒng)過程模型(DyN-LPJ)結(jié)合室內(nèi)培養(yǎng)的溫度敏感性結(jié)果模擬了未來變暖情形下全球森林土壤反硝化作用氣態(tài)氮釋放的響應(yīng)。研究的18個森林站點(diǎn)從南到北相距4000km,緯度相差33°(圖1),覆蓋了廣泛的氣候梯度(年均溫相差25°C,年降水量相差2000mm)。




綜上所述,該研究在大陸尺度上量化了森林土壤反硝化作用產(chǎn)生的N2O和N2的溫度敏感性,為模型模擬提供重要的數(shù)據(jù)參數(shù),有助于加深對未來變暖背景下森林生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜的碳氮耦合過程及其對變暖反饋的理解。
這項(xiàng)研究成果以“Universal temperature sensitivity of denitrification nitrogen losses in forest soils”為題于2023年6月22日發(fā)表在Nature Climate Change上(IF2021=28.66)。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所于浩明博士生為第一作者,方運(yùn)霆研究員和中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張揚(yáng)建研究員為共同通訊作者。合作者還有挪威生命科學(xué)大學(xué)Jan Mulder教授和Peter Dorsch教授、美國紐約州立大學(xué)朱偉興教授、中國科學(xué)院青藏高原研究所旭日研究員等。該研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFA0600802)和中國科學(xué)院盧嘉錫國際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(GJTD-2018-07)等項(xiàng)目資助。





