近日，華東師范大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在National Science Review發(fā)表研究論文，該研究將全球數(shù)據(jù)集與野外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)增加樹(shù)種多樣性可減少森林土壤氧化亞氮（N2O）排放，其機(jī)制在于與反硝化作用相關(guān)的N2O生成量降低。

模型分析表明，與單一樹(shù)種相比，擁有2種樹(shù)種的森林可以減少全球森林10.39%的N2O排放；擁有24種樹(shù)種的森林減排效果最大，達(dá)56.30%。該發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了增加植物多樣性在減緩N2O排放方面的重要作用。

研究背景

已有的研究表明，植物多樣性喪失會(huì)削弱生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和功能。N2O是一種強(qiáng)效溫室氣體，森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的N2O自然排放源，因此森林N2O通量的微小變化會(huì)對(duì)全球氣候變暖產(chǎn)生重大影響。然而，目前對(duì)森林N2O排放量的估算仍存在不確定性，且未考慮到樹(shù)種多樣性變化如何影響N2O排放。

樹(shù)種多樣性對(duì)全球森林N2O通量的影響

研究團(tuán)隊(duì)將來(lái)自全球森林的201個(gè)配對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)與基于中國(guó)亞熱帶森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能研究平臺(tái)（BEF-China）的三年原位N2O通量觀測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，利用效應(yīng)值評(píng)估樹(shù)種多樣性對(duì)森林N2O通量的影響。結(jié)果表明，樹(shù)種多樣性增加對(duì)全球森林土壤N2O通量具有顯著的負(fù)效應(yīng)（R2=0.64, P<0.05），且無(wú)論是文獻(xiàn)數(shù)據(jù)還是原位觀測(cè)數(shù)據(jù)，均呈現(xiàn)出隨著樹(shù)種多樣性增加，N2O排放下降的趨勢(shì)。

圖1 通過(guò)Meta分析和長(zhǎng)期原位觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建的全球樹(shù)種多樣性-森林土壤N2O通量數(shù)據(jù)集樣點(diǎn)分布（a）及樹(shù)種多樣性與樹(shù)種多樣性對(duì)N2O通量影響的效應(yīng)值之間的線性關(guān)系（b）

樹(shù)種多樣性增強(qiáng)減少森林N2O排放的機(jī)制

通過(guò)進(jìn)一步區(qū)分并量化不同樹(shù)種多樣性下森林土壤N2O產(chǎn)生過(guò)程，結(jié)果表明，隨著樹(shù)種多樣性增加，硝化、反硝化過(guò)程N(yùn)2O產(chǎn)生量同時(shí)下降。其中，樹(shù)種多樣性增加使得反硝化過(guò)程N(yùn)2O產(chǎn)生占比由70%下降至40%左右，因此反硝化過(guò)程成為N2O通量變化的主導(dǎo)過(guò)程。結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果表明，反硝化過(guò)程受到土壤無(wú)機(jī)氮含量的顯著影響（通徑系數(shù)為0.32，P<0.001）。樹(shù)種多樣性增加促進(jìn)了植物對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮的吸收利用，減少了反硝化作用所需底物（通徑系數(shù)為-0.44，P<0.001），使得反硝化過(guò)程N(yùn)2O產(chǎn)生量下降。

圖2 不同樹(shù)種多樣性下亞熱帶森林原位土壤N2O平均排放率（a）及硝化過(guò)程、反硝化過(guò)程N(yùn)2O產(chǎn)生量占比（b）

模型模擬未來(lái)不同樹(shù)種多樣性情景下全球森林N2O排放

最后，該研究將植物多樣性因子納入N2O過(guò)程模型，構(gòu)建植物多樣性-土壤-N2O通量模型，量化不同樹(shù)種多樣性情景下的全球森林土壤N2O排放。模擬結(jié)果表明與單一樹(shù)種相比，擁有2種樹(shù)種的森林可以減少全球森林10.39%的N2O排放；擁有24種樹(shù)種的森林減排效果最大，達(dá)56.30%。

圖3 植物多樣性-土壤-N2O通量模型模擬不同樹(shù)種多樣性情景下全球森林土壤N2O排放

小結(jié)

該研究首次量化了增加樹(shù)種多樣性在減少森林土壤N2O排放方面的潛力，強(qiáng)調(diào)了在森林中保持較高的樹(shù)種多樣性作為一種減緩全球氣候變化影響策略的重要性。在未來(lái)，有必要將樹(shù)種多樣性納入陸地生態(tài)系統(tǒng)模型，以更加準(zhǔn)確地估算森林N2O通量的動(dòng)態(tài)變化。