沈陽生態所揭示熱帶山地森林大氣沉降氮去向和再分配

  人類活動導致森林生態系統的氮沉降量增加,進而影響森林生態系統的結構和功能。氮沉降對森林生態系統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力,從而增加森林碳匯;如果沉降氮以氮淋溶和氣態氮的方式損失,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%,在調節全球氣候變化以及陸地生態系統碳氮循環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對于預測熱帶森林碳匯功能對氮沉降的響應至關重要。15N示蹤法是能夠準確量化沉降氮在森林生態系統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,沈陽生態所穩定同位素生態學研究團隊在海南尖峰嶺熱帶森林生態系統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,探討不同形態沉降氮(NH4+NO3-)在生態系統不同組分中的去向和再分配過程。研究發現15N標記后三個月,超過60%的沉降氮被熱帶山地森林生態系統截留,此后生態系統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,植物和礦質土壤15N回收率增加(圖1)。在溫帶森林中,大部分沉降氮仍穩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,不同形態沉降氮生態系統總回收率相當,但在不同生態系統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”為題發表于Global Change BiologyIF = 8.55)。沈陽生態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計劃項目、中國科學院前沿科學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、國家自然科學基金資助。 

                                   

1 海南島尖峰嶺熱帶森林大氣沉降氮去向和再分配過程

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