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   人類活動導致全球大氣氮沉降量增加,進而影響森林生態系統碳氮循環。氮沉降能夠提升森林生態系統碳匯,緩解全球氣候變暖,然而,氮沉降對森林碳匯影響的大小仍存在很大爭議。氮沉降對森林碳匯的影響主要取決于沉降氮的去向,即沉降氮是被植物利用還是被土壤固持或是以淋溶和氣體方式損失。不同形態沉降氮在生態系統內的去向也存在一定差異。因此,在氮沉降增加的背景下,準確量化不同形態沉降氮在森林中的去向和分配是評估氮沉降對森林碳匯影響的關鍵。目前,國際上雖已有較多的森林15N示蹤研究,但多數實驗尺度小時間短,而且對于不同形態沉降氮在不同類型森林中的去向及截留機制尚不清楚。另外,全球氮沉降總量及其形態也存在較大的空間變異性,大大增加了評估氮沉降對森林碳匯貢獻的不確定性。氮沉降對森林碳匯貢獻的不確定性一定程度上限制了對全球未來氣候變化的預測。 

  針對這一問題,中國科學院沈陽應用生態研究所方運霆研究員團隊建立了中國森林生態系統15N示蹤網絡,由15個站點20個森林組成?;谠摼W絡中9個15N成對標記站點和歐美4個成對15N示蹤實驗結果,該團隊聯合中國北京大學、清華大學、東北師范大學、北京師范大學、南京信息工程大學、河南大學、中國科學院亞熱帶農業生態研究所、西雙版納熱帶植物園、植物研究所、中國林科院熱帶林業研究所、法國氣候與環境科學實驗室、英國利茲大學、丹麥哥本哈根大學、荷蘭瓦戈寧根大學、美國密歇根大學、新罕布什爾大學、紐約州立大學賓漢姆頓分校、日本京都大學等多家單位,首次量化了不同形態沉降氮在不同類型森林生態系統中的去向及其對全球森林碳匯的貢獻。研究發現70%左右的氮沉降被森林生態系統截留,而且森林生態系統(植物+土壤)對銨態氮和硝態氮的總截留效率相近。但植物吸收更多硝態氮,表明森林植物可能偏好利用硝態氮(圖1)。該研究利用沉降氮去向和分配的研究結果進一步評估了全球氮沉降在全球森林的分配及其對森林碳匯功能的貢獻與空間格局,發現全球每年的氮沉降能增加森林碳匯0.72 Pg C yr-1,占全球陸地生態系統碳匯的20%左右,高于以往的研究結果(圖2),說明過去的研究很可能低估了氮沉降對陸地生態系統碳匯的貢獻。

  該研究量化了不同形態沉降氮在不同類型森林中的去向,有助于提高氮沉降對我國乃至全球森林生態系統碳氮循環影響的理解。該研究成果也證明氮沉降是森林碳匯的重要貢獻因子。

  該研究結果以“Retention of deposited ammonium and nitrate and its impact on the global forest carbon sinks”為題于2022年2月15日發表在Nature Communications(IF=14.919)。沈陽生態所方運霆研究員與北京大學彭書時研究員為共同通訊作者,沈陽生態所特別研究助理Geshere A. Gurmesa和副研究員王盎為共同第一作者。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、盧嘉錫國際團隊項目、大氣重污染成因與治理攻關項目和國家自然科學基金資助。

  
  1 全球森林生態系統氮沉降空間格局和本研究15N成對標記實驗站點(a)、不同生態系統組分對不同形態沉降氮的截留率(b)、生態系統及各組分對銨態氮和硝態氮的截留效率相關圖(c
  
  2 不同研究的大氣氮沉降及其對全球森林生態系統碳匯的貢獻結果比較
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