一氧化氮（NO）化學(xué)活性強(qiáng)，影響著大氣環(huán)境化學(xué)，極易被對(duì)流層臭氧和氫氧自由基氧化，同時(shí)也是大氣細(xì)顆粒物中硝酸鹽形成的前體物質(zhì)。森林土壤是大氣NO的重要排放源，但全球森林土壤NO排放仍存在很大的不確定性，這影響了全球森林NO排放的估算，其中站點(diǎn)分布不均和缺乏高頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是重要原因。目前，在全球森林開(kāi)展土壤NO排放研究的站點(diǎn)有59個(gè)，而連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)研究則只有13個(gè)，在中國(guó)溫帶森林還沒(méi)有NO連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的報(bào)道（圖1）。
基于此，中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)在遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站一典型溫帶針闊混交林建立了高頻連續(xù)土壤NO排放速率的自動(dòng)采樣和測(cè)定系統(tǒng)（系統(tǒng)由15個(gè)土壤呼吸室、自動(dòng)控制系統(tǒng)和NO-NO2-NOx分析儀組成），對(duì)該站點(diǎn)森林土壤NO的排放通量進(jìn)行了連續(xù)兩年的觀(guān)測(cè)（圖2）。
研究發(fā)現(xiàn)該站點(diǎn)森林土壤NO年排放量為0.42 0.04 kg N ha？1，低于全球森林土壤平均排放水平1.34 0.28 kg N ha-1 yr-1，其中生長(zhǎng)季NO排放貢獻(xiàn)占全年NO通量的92%。土壤溫度是NO排放的主要調(diào)控因子，解釋了NO季節(jié)變化的90–92%。NO通量的表觀(guān)溫度敏感性（Q10）為3.67（圖3）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)季NO排放受土壤濕度的影響，最適土壤濕度為37% WFPS。通過(guò)土壤NO通量的高頻測(cè)量，有助于我們更好的理解土壤溫濕度對(duì)土壤NO排放調(diào)控機(jī)制，為開(kāi)發(fā)更精確的生物地球化學(xué)模型和提高全球森林土壤NO排放估算的準(zhǔn)確性提供科學(xué)基礎(chǔ)。
該成果以
“A strong temperature dependence of soil nitric oxide emission from a temperate forest in Northeast China”為題
在2022年6月7日發(fā)表在
Agricultural and Forest Meteorology期刊。沈陽(yáng)生態(tài)所博士生黃凱和特別研究助理宿晨霞為共同第一作者，方運(yùn)霆研究員為通訊作者。該研究得到了中科院儀器研制項(xiàng)目、遼寧省“興遼人才”計(jì)劃、中科院盧嘉錫國(guó)際團(tuán)隊(duì)和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)等項(xiàng)目的支持。
圖1. 全球森林土壤NO排放研究的分布（n = 59）
圖2. 清原大氣和土壤溫度（a）、土壤濕度和日降水（b）、土壤NO排放（c）和土壤有效態(tài)氮含量（d）的季節(jié)動(dòng)態(tài)
圖中陰影部分代表生長(zhǎng)季（4月中旬-10月中旬）
圖3. 土壤NO排放與土壤礦質(zhì)層（5cm）溫度的相關(guān)性
圖a, b分別代表2019和2020年土壤NO排放與溫度的相關(guān)性；圖c代表取0.5 的間隔后NO排放與溫度的相關(guān)性
