中国林科院热林所尖峰岭生态站热带山地森林大气沉降氮去向和再分配研究取得新突破

人类活动导致森林生态系统的氮沉降量增加，进而影响森林生态系统的结构和功能。氮沉降对森林生态系统的影响取决于沉降氮的去向。如果沉降氮被植物吸收利用，则提高森林初级生产力，从而增加森林碳汇；如果沉降氮以氮淋溶和气态氮的方式损失，则不会增加碳汇。热带森林占全球陆地面积的12%，其碳汇约占全球碳汇的33%，在调节全球气候变化以及陆地生态系统碳氮循环过程中起着极其重要的作用。因此，研究热带森林沉降氮的去向对于预测热带森林碳汇功能对氮沉降的响应至关重要。15N示踪法是能够准确量化沉降氮在森林生态系统各组分中的去向和再分配过程的唯一方法。目前，仅有三个热带森林的15N示踪实验研究，而且是短期的（三个月到一年），在更长的时间尺度下沉降氮去向及其对碳汇的影响仍未知。
基于此，热林所尖峰岭生态站联合中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学研究团队、英国利兹大学等国内外研究团队在海南尖峰岭热带森林生态系统定位站选择热带山地原始林和次生林分别进行了为期三年的成对15N标记实验，探讨不同形态沉降氮（NH4+和NO3-）在生态系统不同组分中的去向和再分配过程。研究发现15N标记后三个月，超过60%的沉降氮被热带山地森林生态系统截留，此后生态系统15N总回收率没有显著变化，但随时间推移，有机层土壤15N回收率显著下降，植物和矿质土壤15N回收率增加（图1）。在温带森林中，大部分沉降氮仍稳定地固持在有机层土壤中。该研究表明在热带森林中大部分沉降氮能长期稳定地固持，但较快的进行重新分配，即土壤截留来自沉降的氮较快矿化后重新被植物吸收利用。进一步计算得出热带森林氮沉降的固碳贡献效率为14-18 kg C/kg N。另外，不同形态沉降氮生态系统总回收率相当，但在不同生态系统组分中的去向分配差异明显，植物偏好吸收NO3-而有机层土壤固持更多的NH4+。
该成果以“Dynamics and multi‐annual fate of atmospherically deposited nitrogen in montane tropical forests”为题发表于Global Change Biology（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15526）。热林所尖峰岭生态站毕业研究生王盎助理研究员为论文第一作者，沈阳生态所方运霆研究员为通讯作者。
该研究得到了国家重点研发计划项目、中国科学院前沿科学重点研究项目和卢嘉锡国际团队项目、国家自然科学基金等项目的资助。(吴建辉/热林所)
吴建辉 中国林科院热林所 2021-02-25

关键词 氮沉降  森林碳汇  碳氮循环  气候  生态站  图片