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Science Advances|浙江农林大学揭示大气氮沉降对毛竹林固氮能力及净碳汇效益的影响特征和作用机制

作者:南京瑞源生物技术有限公司 浏览: 发表时间:2020-07-21 15:21:32

Science Advances|浙江农林大学揭示大气氮沉降对毛竹林固氮能力及净碳汇效益的影响特征和作用机制

浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室宋新章教授课题组于Science Advances(IF:13.116)上发表了一篇题为“Nitrogen addition increased CO2 uptake more than non-CO2 greenhouse gases emissions in a Moso bamboo forest”的研究文献,该文献揭示了大气氮沉降对毛竹林固氮能力及净碳汇效益的影响特征和作用机制。

文章来源

背景

大气氮沉降是增加木本植物碳(C)储量的驱动因素,甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)是影响全球变暖的主要温室气体,森林土壤含CH4的沉积,氮沉降增加了CH4N2O的产生并抑制了CH4的消耗,大气氮沉降通过大气二氧化碳净交换和非二氧化碳温室气体(CH4N2O)的排放影响生态系统的温室气体平衡。在此研究了氮沉降对我国毛竹林生物量增长、土壤有机碳(SOC)N2OCH4通量和生态系统的温室气体(GHG)平衡的影响。


结果

净生态系统生产力和驱动力

由于氮的增加,木质生物量的随之增加,竹子的密度和直径(DBH)则显著增加。同时,SOC逐渐减少,主要发生在020 cm2040 cm的深度,正生物量增加和SOC损失使NEP增加,氮的添加处理显著增加了土壤有效磷AP)的浓度,这种增加随时间而减弱。

毛竹林生物量碳

毛竹林生物量碳

毛竹林添加氮后土壤碳储量及不同土壤深度的变化

毛竹林添加氮后土壤碳储量及不同土壤深度的变化

毛竹林的林分特征

3毛竹林的林分特征

毛竹林的土壤性质

4毛竹林的土壤性质

木本生物量增量、土壤有机碳变化和土壤有机碳对单位氮沉降的响应速度随着施氮量的增加而变化。当氮添加量超过一定值时,生物量增加和NEPN响应效率的变化(ΔNRE)变为负值,即非线性饱和响应

毛竹林对氮添加梯度的响应

5 毛竹林对氮添加梯度的响应

CH4N2O的通量和驱动

N输入增加,使得平均N2O排放量增加,进一步分析来确定生物和非生物因素之间N2O通量的主要预测因子,并应用SEM来确定N2O排放与环境因素之间的直接和间接关系。

毛竹林月土壤 N2O排放速率

6 毛竹林月土壤 N2O排放速率

非二氧化碳温室气体使全球变暖能力

7 非二氧化碳温室气体使全球变暖能力

生物和非生物因素对N2O排放的直接和间接影响

8 生物和非生物因素对N2O排放的直接和间接影响

氮沉降显著减少了土壤对CH4的消耗,并且随着氮的添加速率的增加,这种抑制作用得到了增强。SEM通过与总钾(K)和AP含量以及pH值呈正相关的关系解释了CH4消耗量的变化。

毛竹林土壤吸收CH4的速率

9 毛竹林土壤吸收CH4的速率

生物和非生物因素对CH4吸收的直接和间接影响

10 生物和非生物因素对CH4吸收的直接和间接影响

净生态系统碳吸收和被N2OCH4抵消

氮沉降增加使得平均生态系统净Ceq增加,N添加量超过一定值时,发现生态系统净GHG平衡的响应达到饱和。

毛竹林生态系统中每单位氮沉降的碳效益

11 毛竹林生态系统中每单位氮沉降的碳效益

结论

研究发现,氮沉降可使毛竹林的生物生产力和固碳能力增加,并使林地对甲烷的氧化吸收减少,综合抵消平衡后可使毛竹林生态系统的年固碳能力增加。该研究为全面科学评估全球大气氮沉降的碳汇效应、正确认识全球环境变化背景下毛竹林在减缓气候变暖中的巨大潜力提供了重要科学依据。

该研究受到国家自然科学基金会的支持。

参考文献

1F. Magnani, M. Mencuccini, M. Borghetti, P. Berbigier, F. Berninger, S. Delzon, A. Grelle,P. Hari, P. G. Jarvis, P. Kolari, A. S. Kowalski, H. Lankreijer, B. E. Law, A. Lindroth, D. Loustau,G. Manca, J. B. Moncrieff, M. Rayment, V. Tedeschi, R. Valentini, J. Grace, The human footprint in the carbon cycle oftemperate and boreal forests. Nature 447, 849–851 (2007).

2S. Zaehle, P. Ciais, A. D. Friend, V. Prieur, Carbon benefits of anthropogenic reactive nitrogen offset by nitrous oxide emissions. Nat. Geosci. 4, 601–605 (2011).

3R. Q. Thomas, C. D. Canham, K. C. Weathers, C. L. Goodale, Increased tree carbon storage in response to nitrogen deposition in the US. Nat. Geosci. 3, 13–17 (2010).

文献链接

https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaaw5790

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Science Advances|浙江农林大学揭示大气氮沉降对毛竹林固氮能力及净碳汇效益的影响特征和作用机制
大气氮沉降是增加木本植物碳(C)储量的驱动因素,甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)是影响全球变暖的主要温室气体,森林土壤含CH4的沉积,氮沉降增加了CH4和N2O的产生并抑制了CH4的消耗,大气氮沉降通过大气二氧化碳净交换和非二氧化碳温室气体(CH4和N2O)的排放影响生态系统的温室气体平衡。在此研究了氮沉降对我国毛竹林生物量增长、土壤有机碳(SOC)、N2O和CH4通量和生态系统的温室气体(G
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