Science advances | 氮沉降增强毛竹林固碳功能

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本期我们推荐一篇来自浙江农林大学宋新章教授团队的一项最新研究。

  Introduction  

氮是植物生长所必需的重要元素。由于人类工农业生产活动的快速发展造成大气氮沉降量激增，已成为全球环境变化中突出的科学问题，科学家们预测今后几十年内热带亚热带地区将成为全球大气氮沉降最严重的区域。我国南方地区已成为世界三大氮沉降中心之一，并呈现出进一步加重的趋势。毛竹是我国乃至世界上最重要的一种竹类植物，毛竹广泛分布的亚热带区域也是我国大气氮沉降最严重的地区，日益增强的氮沉降如何影响毛竹林生态系统整体的固碳能力仍不得而知。

  Methods  

2012年11月在浙江临安建立了12块20m×20m的试验田，并设置了20m宽的缓冲区。在毛竹林中随机建立了3个氮添加（NH₄NO₃）处理：低氮30kg N ha⁻¹ year⁻¹、中氮60 kg N ha⁻¹ year⁻¹、高氮90 kg N ha⁻¹ year⁻¹和对照(无氮添加)，每个处理有3个重复小区。采用静态箱-气相色谱技术测定了N₂O和CH₄中的通量。

  Results  

对照样地木质生物量增量为7.28±0.46 t C ha⁻¹year⁻¹，但土壤有机碳(SOC)净损失为−0.51±0.32 t C ha⁻¹year⁻¹，因此净生态系统生产力(NEP)为6.77±0.36 t C ha⁻¹year⁻¹。氮添加后木本生物量增量分别增加33.1、36.8和分别为23.9%，与对照样地相比，土壤SOC储量均下降，主要发生在0 - 20 cm和20 - 40 cm土层深度。

对照样地土壤N₂O年平均排放量为4.8 kg N2O-N ha⁻¹，这相当每年2.2 t  CO₂当量的排放。下面的结构方程模型解释了N₂O排放变化的60.4%，与NO3 ⁻、微生物生物量碳、pH和总P呈正相关。三个氮梯度平均N₂O排放量每年增加23.8、12.8和4.8 kg  CO₂ eq kg-1 N ha-1year-1。平均土壤CH₄吸收速率分别下降了0.1、0.3和0.1 kg  CO₂ eq ha-1year-1。且随着氮添加速率的增加，氮添加对甲烷氧化抑制作用增强。

  Conclusion  

总的来说，氮沉降可使毛竹林的生物生产力和固碳能力增加23.9-36.8%；显著降低了土壤碳储量，使氧化亚氮排放增加了19.7-36.1%，使林地对甲烷的氧化吸收减少了10.3-29.7%，综合抵消平衡后可使毛竹林生态系统的年固碳能力增加17.8-29.0%。若忽略氧化亚氮和甲烷通量排放将高估氮沉降的碳汇效应9-10.1%。当前大气氮沉降强度下每公斤氮沉降可使每公顷毛竹林的年净固碳能力增加48.7千克。据此估计，当前的年均氮沉降（按每公顷30千克计算）可使我国毛竹林每年多固定650万吨碳。

本研究结果为毛竹林氮沉降对净生态系统碳吸收的影响提供了新的证据，也为定量研究中国热带森林氮沉降对净生态系统碳吸收的影响，检验陆地生态系统模型的准确性提供了新的数据。

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