針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所方運(yùn)霆研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張揚(yáng)建團(tuán)隊(duì)等建立了15N標(biāo)記量化土壤N2O和N2產(chǎn)生速率的技術(shù)，對(duì)中國(guó)18個(gè)森林土壤反硝化作用N2O和N2產(chǎn)生速率的溫度敏感性進(jìn)行了研究，探討了主要驅(qū)動(dòng)因素，并利用生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程模型（DyN-LPJ）結(jié)合室內(nèi)培養(yǎng)的溫度敏感性結(jié)果模擬了未來(lái)變暖情形下全球森林土壤反硝化作用氣態(tài)氮釋放的響應(yīng)。研究的18個(gè)森林站點(diǎn)從南到北相距4000km，緯度相差33 （圖1），覆蓋了廣泛的氣候梯度（年均溫相差25 C，年降水量相差2000mm）。
該圖基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2020)4619號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖邊界無(wú)修改
研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)不同氣候帶森林土壤的反硝化作用 N2O 和 N2 產(chǎn)生速率隨著溫度的升高呈指數(shù)增長(zhǎng)并呈現(xiàn)一定的地理格局（圖 2 ）。然而，不同森林土壤之間 N2O 和 N2 釋放的 Q10 值與土壤理化和微生物指標(biāo)及氣候因素?zé)o相關(guān)性，表明不同氣候帶下的森林土壤 N2O 和 N2 釋放具有一致的溫度敏感性， Q10 值分別為 2.1 0.5 和 2.6 0.6 （圖 3 ）。該研究的陸地生態(tài)系統(tǒng)反硝化作用 Q10 值（ 1.4-3.2 ）與已報(bào)道的水生生態(tài)系統(tǒng)反硝化作用 Q10 值（ 1.6-3.5 ）非常相近（圖 4 ）。該研究表明不管是土壤還是海洋沉積物環(huán)境，反硝化作用的溫度敏感性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較一致，有利于模型模擬和預(yù)測(cè)全球變暖情況下反硝化作用的響應(yīng)。 N2O 是一種強(qiáng)效的溫室氣體。氣候變暖將促進(jìn)更多的 N2O 排放，更多 N2O 釋放將進(jìn)一步加劇變暖，對(duì)氣候變化形成正反饋。該研究還發(fā)現(xiàn)， N2 產(chǎn)生的溫度敏感性高于 N2O ，表明氣候變暖會(huì)使反硝化作用更加徹底，使土壤氣態(tài)氮損失更多以 N2 的方式進(jìn)行。
圖2 18個(gè)森林土壤反硝化作用N2O、N2、N2O+N2產(chǎn)生速率對(duì)溫度的響應(yīng)
目前，大多數(shù)森林仍然處于氮限制狀態(tài)，氣候變暖引起的氣態(tài)氮損失和由此產(chǎn)生的氮限制很有可能進(jìn)一步限制陸地生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力及其碳匯功能。為進(jìn)一步揭示全球尺度上氣候變暖對(duì)森林土壤氣態(tài)氮損失的影響，該研究將森林土壤反硝化作用 N2O 和 N2 釋放的 Q10 值與生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程模型 DyN-LPJ 結(jié)合，預(yù)測(cè)了在全球變暖和其他全球變化因子（比如氮沉降、降水、大氣 CO2 ）改變的背景下未來(lái)全球森林土壤反硝化作用氣態(tài)氮的釋放。模型的結(jié)果顯示，在 1991-2000 年全球森林生態(tài)系統(tǒng)土壤反硝化作用 N2O 和 N2 的釋放速率分別為 3.8 和 81.9 Tg N yr-1 ，氣態(tài)氮釋放以氮?dú)鉃橹鳌Ｔ?SSP2-4.5 和 SSP5-8.5 情景下， 2100 年森林土壤反硝化作用 N2O 的釋放速率分別升高至 6.3 和 7.8 Tg N yr-1 ， N2 的釋放速率將分別為 121.1 和 133.0 Tg N yr-1 （圖 5 ）。
圖5 DyN-LPJ模型模擬不同溫室氣體排放情景模式下2100年全球森林生態(tài)系統(tǒng)反硝化作用N2O和N2釋放速率與2000年相比的年增量
a-c和d-f圖分別為SSP2-4.5和SSP5-8.5情景模式下的氣態(tài)氮釋放模擬結(jié)果
綜上所述，該研究在大陸尺度上量化了森林土壤反硝化作用產(chǎn)生的N2O和N2的溫度敏感性，為模型模擬提供重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，有助于加深對(duì)未來(lái)變暖背景下森林生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜的碳氮耦合過(guò)程及其對(duì)變暖反饋的理解。
這項(xiàng)研究成果以“Universal temperature sensitivity of denitrification nitrogen losses in forest soils”為題于2023年6月22日發(fā)表在Nature Climate Change上（IF2021=28.66）。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所于浩明博士生為第一作者，方運(yùn)霆研究員和中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張揚(yáng)建研究員為共同通訊作者。合作者還有挪威生命科學(xué)大學(xué)Jan Mulder教授和Peter Dorsch教授、美國(guó)紐約州立大學(xué)朱偉興教授、中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所旭日研究員等。該研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFA0600802)和中國(guó)科學(xué)院盧嘉錫國(guó)際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（GJTD-2018-07）等項(xiàng)目資助。
