人類活動(dòng)導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的氮沉降量增加，進(jìn)而影響森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。氮沉降對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)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(jí)生產(chǎn)力，從而增加森林碳匯；如果沉降氮以氮淋溶和氣態(tài)氮的方式損失，則不會(huì)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(diào)節(jié)全球氣候變化以及陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)過(guò)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?qū)τ陬A(yù)測(cè)熱帶森林碳匯功能對(duì)氮沉降的響應(yīng)至關(guān)重要。15N示蹤法是能夠準(zhǔn)確量化沉降氮在森林生態(tài)系統(tǒng)各組分中的去向和再分配過(guò)程的唯一方法。目前，僅有三個(gè)熱帶森林的15N示蹤實(shí)驗(yàn)研究，而且是短期的（三個(gè)月到一年），在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度下沉降氮去向及其對(duì)碳匯的影響仍未知。
基于此，沈陽(yáng)生態(tài)所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在海南尖峰嶺熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)定位站選擇熱帶山地原始林和次生林分別進(jìn)行了為期三年的成對(duì)15N標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，探討不同形態(tài)沉降氮（NH4+和NO3-）在生態(tài)系統(tǒng)不同組分中的去向和再分配過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)15N標(biāo)記后三個(gè)月，超過(guò)60%的沉降氮被熱帶山地森林生態(tài)系統(tǒng)截留，此后生態(tài)系統(tǒng)15N總回收率沒有顯著變化，但隨時(shí)間推移，有機(jī)層土壤15N回收率顯著下降，植物和礦質(zhì)土壤15N回收率增加（圖1）。在溫帶森林中，大部分沉降氮仍穩(wěn)定地固持在有機(jī)層土壤中。該研究表明在熱帶森林中大部分沉降氮能長(zhǎng)期穩(wěn)定地固持，但會(huì)較快的進(jìn)行重新分配，即土壤截留的沉降氮較快礦化后會(huì)重新被植物吸收利用。進(jìn)一步計(jì)算得出熱帶森林氮沉降的固碳貢獻(xiàn)效率為14-18 kg C/kg N。另外，不同形態(tài)沉降氮生態(tài)系統(tǒng)總回收率相當(dāng)，但在不同生態(tài)系統(tǒng)組分中的去向分配差異明顯，植物偏好吸收NO3-而有機(jī)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(fā)表于Global Change Biology（IF = 8.55）。沈陽(yáng)生態(tài)所方運(yùn)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目和盧嘉錫國(guó)際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、遼寧省興遼英才項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金資助。
圖1 海南島尖峰嶺熱帶森林大氣沉降氮去向和再分配過(guò)程
