北京大学城环学院朴世龙院士团队揭示土壤氮对人工林植被碳动态和土壤有机碳动态的调节作用
2024/04/07
457植树造林被认为是增加碳汇、缓解气候变化的有效措施。然而，当前学术界对植树造林增汇潜力的估算仍然存在很大不确定性，其原因一方面在于缺乏大尺度的野外调查数据；另一方面在于对植被碳动态和土壤碳动态之间的联系认识不足。造林带来的植被生物量增长既可通过增加凋落物输入促进土壤有机碳积累，但同时也会增强植物对土壤养分（尤其是土壤氮）的需求，从而激发土壤有机质的分解。对二者之间这种复杂耦合关系及其调控机制的有限认知极大制约了对未来植树造林固碳潜力的准确估算。
针对以上研究不足，北京大学城市与环境学院朴世龙院士团队聚焦我国绿色长城——三北防护林，历时多年，开展了大尺度的配对采样调查研究。团队选取了163个对照样方和614个造林样方，共调查了25,000余棵树木，采集分析了11,000余份土壤样品，并结合机器学习模型，系统估算了我国北方大规模植树造林的碳汇效应，进而解析了土壤氮对植被碳库和土壤有机碳库二者动态关系的调节作用。
研究发现：中国北方大规模的植树造林贡献了约913Tg (1012g) 碳汇，其中74%源于植被生物量的增加，26%源于土壤有机碳固定。有趣的是，生物量和土壤有机碳库的动态呈现出不对称变化。具体来说，随着土壤氮的增加，生物量碳汇先增大后减小，而土壤有机碳则由碳汇转变为逐渐增强的碳源（图1）。这一结果表明土壤氮对人工林生物量变化和土壤有机碳动态的关键调节作用，体现了两者由于养分需求所表现出的权衡，且这种权衡在不同树种间表现更为突出：相比之下，生物量增长更快的树种，其导致的土壤有机碳变化量沿土壤氮梯度的下降更加显著。
图1. 土壤氮对人工林生物量变化和土壤有机碳动态的调节作用。a. 生物量和土壤有机碳的变化量沿土壤氮梯度的变化；b. 总碳变化量沿土壤氮梯度的变化；c. 不同土壤氮水平上的碳动态；d. 不同树种之间生物量变化与土壤碳动态之间的关系
上述研究首次通过严格配对的大尺度采样调查系统评估了中国北方植树造林的增汇效应，并揭示了人工林植被碳汇和土壤碳汇的不对称变化受到土壤氮水平的调控，这对实现植树造林增汇的准确核算和精确预估具有积极的意义。
该研究成果以“Asymmetry of carbon sequestrations byplant and soil after forestation regulated bysoil nitrogen”为题发表于《自然?通讯》(Nature Communications) 。北京大学博士后洪松柏为论文第一作者，朴世龙院士和中国科学院青藏高原研究所丁金枝研究员为论文共同通讯作者。
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