植物所科研人员在生态系统碳通量对氮添加响应方面取得新进展
2017/6/19 

工业革命以来,农业施肥和大量使用化石燃料导致进入陆地生态系统的活性氮迅速增加。这种变化可能会对陆地生物圈与大气圈之间的碳交换过程造成显著影响:一方面,氮输入的增加能够促进植物生长,从而有利于生态系统对CO2的吸收;另一方面,氮输入也会促进植物和土壤呼吸,进而加速生态系统中的碳释放。然而,目前学术界对于生态系统净交换过程对连续氮输入的响应及调控因素、氮添加如何影响根系生产和周转等科学问题的认识仍较为有限。

为解决上述科学问题,中国科学院植物研究所杨元合研究组以青藏高原高寒草原为研究对象,通过氮添加梯度实验,分析了生态系统总初级生产力、净初级生产力、生态系统呼吸和生态系统净交换对不同氮水平的响应及其与生物和非生物因子的关系。研究人员发现,高寒草原生态系统碳通量随着施氮量的增加呈非线性变化,其中叶片氮磷比的变化显著影响了这些参数对氮添加的响应,而环境因子如土壤温度、水分等对通量变化的解释率较低。这一结果意味着氮添加引起的养分不平衡性在调控生态系统碳通量方面起着重要作用。研究人员进一步基于全球尺度的整合分析发现,氮添加降低了根系生产和周转速率,但是对根系现存量没有显著影响。这一发现不支持早期自然氮梯度研究中提出的“根系生产和周转速率随着氮有效性提高而增加”的假说,表明基于自然氮梯度得出的结论并不适用于氮添加模拟实验。

该研究揭示了生态系统生产力和呼吸对连续氮输入的响应及其生态化学计量机制,阐明了根系生产和周转对氮添加的响应及其调控因素。相关研究结果为理解氮沉降增加背景下生态系统碳通量的变化提供了新认识,为发展地球系统模型提供了重要启示。

该研究结果以两篇论文的形式近期在线发表于国际学术期刊Global Change BiologyGlobal Ecology and Biogeography上。杨元合研究组彭云峰助理研究员为上述论文的第一作者,杨元合研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院—北京大学“率先合作团队”和中组部“青年千人计划”项目的资助。

文章链接:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.13789/full

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/geb.12508/full