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方运霆研究员在PNAS发表论文

量化森林反硝化作用速率取得新进展

 

反硝化作用是硝态氮还原成氮气的微生物过程,是氮循环中的重要环节,在氮去除方面发挥极其重要的作用。反硝化作用的中间产物一氧化氮和氧化亚氮会对大气环境和全球气候产生重大影响。大量化肥使用和化石燃料燃烧等人类活动释放的活性氮大大改变了全球氮循环格局,我们需要认识这些人为氮输入的去向,也需要制定相应的氮管理措施。因此,反硝化作用的研究在最近20年受到越来越多的重视。反硝化作用早在1886年得到认识,过去的60年来科学家们在量化反硝化作用速率方面也做出了不懈努力,建立了如质量平衡法、乙炔抑制法、氮同位素标记法、总氮同位素自然丰度法等一系列方法。但由于空气氮气含量高,反硝化作用发生的时空变异大,生态系统尺度上的反硝化作用速度量化一直是个巨大挑战。

 

我们研究组在方运霆研究员的带领下与东京农工大学Keisuke Koba博士、纽约州立大学Weixing Zhu博士、加州大学Benjamin Z. Houlton博士、华南植物园周国逸研究员和热带林业研究所李意德研究员等合作,提出了利用硝酸盐氮氧同位素自然丰度技术量化森林生态系统尺度上反硝化作用速率的理论体系,并应用在我国南方和日本中部六个森林上。该方法是基于降水、土壤和溪水的硝酸盐氮氧同位素测定,推算反硝化作用速率。溪水硝酸盐氮氧同位素特征可以综合反映整个森林集水区的硝酸盐沉降、土壤硝酸盐生产(硝化作用)、植物吸收和反硝化作用的最终结果,因此其计算的反硝化作用速率是在生态系统水平上的。研究发现,所研究的森林生态系统每年每公顷通过反硝化作用的氮损失达到6-30公斤,其损失速度比通过溪水流失的氮还多(每年每公顷2-18公斤),说明土壤气态氮释放是森林生态系统氮损失的重要途径。

 

该成果2015年1月20日在国际综合性期刊《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)在线发表。该研究得到中国科学院"百人计划"项目、国家自然科学基金和森林与土壤生态国家重点实验室资助。全文链接:http://www.pnas.org/content/early/2015/01/15/1416776112.abstract