中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所（以下簡稱沈陽生態(tài)所）研究團隊揭示了氮含量與凋落物初期分解速率存在的正相關(guān)關(guān)系，到后期出現(xiàn)了“反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

凋落物分解是森林碳循環(huán)和全球碳平衡的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其分解特性影響森林生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)，凋落物分解也是維持森林生產(chǎn)力與土壤肥力的關(guān)鍵驅(qū)動機制。

氮元素是調(diào)控森林凋落物分解速率的關(guān)鍵因素，凋落物氮含量與分解速率的正相關(guān)關(guān)系已被廣泛應(yīng)用于生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)模型。該結(jié)論主要是基于短期的凋落物分解研究得到的，其分解周期通常小于3年。然而，凋落物分解是一個持續(xù)數(shù)年乃至數(shù)十年的緩慢過程，尤其在分解速率較為緩慢的溫帶森林和北方森林。氮元素對長期凋落物分解速率的調(diào)控如何，氮含量與分解速率的正相關(guān)關(guān)系在分解后期是否可以維持？這些問題給森林生態(tài)系統(tǒng)凋落物管理帶來了阻礙。

鑒于此，沈陽生態(tài)所研究團隊對中國東北溫帶森林的62種樹木凋落物開展了長達(dá)10年的分解實驗。結(jié)果表明，經(jīng)過為期10年的分解，仍有20%左右的凋落物殘留。凋落物分解初期，初始氮含量與分解速率呈正相關(guān)，氮含量較高的凋落物分解速率高于氮含量較低的凋落物。然而，在分解時間達(dá)到第5年后，該模式發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，凋落物初始氮含量與后期分解速率呈負(fù)相關(guān)。

為進(jìn)一步驗證這一“反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，團隊通過對凋落物基質(zhì)含量差異較大的兩個不同樹種——五角槭和蒙古櫟葉片添加氮肥的手段，得到了氮含量不同的凋落物樣品，并放置到野外進(jìn)行長期凋落物分解。研究發(fā)現(xiàn)，同一樹種中，氮含量較高的凋落物初期分解較快而后期分解速率較慢，氮濃度與分解速率的正相關(guān)關(guān)系也會隨時間發(fā)生“反轉(zhuǎn)”。

為了揭示氮元素與長期凋落物分解速率存在的這一“反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象是否在溫帶森林和北方森林具有普適性規(guī)律，研究團隊通過建立溫帶森林和北方森林120個物種、437個測定長期凋落物分解速率（分解周期大于5年）的數(shù)據(jù)庫，驗證了氮元素與凋落物后期分解速率的負(fù)相關(guān)關(guān)系具有普適性規(guī)律。

上述研究結(jié)果對現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)和地球系統(tǒng)模型中對氮分解速率正相關(guān)關(guān)系的處理提出了挑戰(zhàn)，強調(diào)了長期凋落物分解研究的重要性。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2401398121