鼎湖山站揭示豆科和非豆科人工林叶片氮稳定同位素自然丰度指示土壤氮动态的差异
作者：鼎湖山站 更新时间：2024-02-26
氮稳定同位素自然丰度（δ15N）被广泛用于指示生态系统氮循环特性。豆科树种在全球森林广泛分布，尤其是在热带地区。由于具有共生固氮能力，豆科森林15N丰度受固氮过程中氮气（δ15N=0‰）的影响，其15N模式以及对生态系统氮循环的指示作用可能与非豆科森林存在差异。然而，目前有关两类森林叶片δ15N对土壤氮循环指示作用的差异性以及其对养分有效性变化的响应尚不明确。
中国科学院华南植物园鼎湖山站郑棉海研究团队依托广东省鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站的长期氮磷添加试验平台，选取豆科人工林（Acacia auriculiformis）和非豆科人工林（Eucalyptus urophylla）为研究对象，对“植物-凋落物-土壤”连续体的δ15N进行了分析，同时监测了土壤氮动态相关指标用以系统地对比养分添加下两类人工林植物和土壤15N的变化趋势以及其对土壤氮循环的指示作用。
研究发现，氮添加对叶片δ15N的影响取决于森林类型，非豆科人工林林下植物叶片δ15N在氮添加下显著增加，而豆科林无显著变化。长期养分添加显著改变了两个人工林的土壤氮损失，具体表现为氮添加显著增加了土壤N2O排放以及NO3-淋溶速率，而磷添加表现出相反作用。此外，非豆科人工林叶片δ15N与土壤N2O排放和NO3-淋溶速率之间表现出显著的正相关关系，豆科人工林未表现出显著的相关关系。本研究表明，养分添加下的植物叶片δ15N对土壤氮动态的指示作用在豆科和非豆科森林之间存在差异，该研究结果拓展了15N自然丰度指示生态系统氮循环过程和状态的传统认知。
相关研究成果以“Different indicative roles of stable nitrogen isotope in soil N dynamics of tropical leguminous and non-leguminous forests following nutrient addition”为题发表在国际学术期刊Plant and Soil（《植物与土壤》）上。中国科学院华南植物园已毕业博士生毛晋花（现为中国科学院地理科学与资源研究所博士后）为论文第一作者，郑棉海副研究员为通讯作者，毛庆功副研究员为共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1007/s11104-024-06523-y
图1. 氮磷添加下豆科和非豆科森林植物叶片δ15N对土壤氮动态的指示作用