人类活动所导致的大气CO₂增加已成为当前重要的科学话题并引起了广泛的政治和社会关注。巴黎协议和IPCC报告均指出有效遏制大气CO₂增加是缓和气候变化的有效措施之一，同时强调需要深入理解大气碳源和碳汇。土壤是陆地生态系统最大的碳库，至少有一半的土壤有机碳储存于森林中。热带和亚热带森林主导全球森林碳循环，它们占据全球森林78%总碳排放和55%总碳吸收。人类活动也导致大气氮沉降加剧。氮沉降通过影响植物生长和微生物活性改变森林土壤呼吸及碳排放，但目前学术界关于氮沉降如何影响森林土壤呼吸的认识主要源于短时间尺度的研究。由于氮沉降是个长期的生态环境过程，缺乏长期且连续的研究将无法准确认识氮沉降调控森林土壤碳排放的格局及机制。

       广东鼎湖山森林生态系统国家野外科学观测研究站（简称鼎湖山站）生态系统管理研究团队（PI：郑棉海副研究员）依托我国最早建立的模拟森林氮沉降研究平台，发现长期氮沉降对南亚热带森林土壤碳排放的影响呈现阶段性变化。研究平台位于广东省鼎湖山国家级自然保护区，包括3种典型森林类型：季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林。9-13年长期氮添加处理后，森林土壤呼吸呈现“无显著变化-显著降低-无显著变化”的三阶段格局（图1）。相比低、中氮处理，高氮处理缩短了三阶段格局的时间。在整个实验过程，氮添加累计减少土壤CO₂排放总量为6.53-9.06 Mg CO₂ ha-1，氮添加减少土壤CO₂排放的效率为5.80-13.13 Mg CO₂ Mg N-1。研究团队还基于鼎湖山模拟氮沉降样地测定的849项有关土壤、植物和微生物碳氮循环数据，构建了氮沉降调控热带森林土壤碳排放的机理框架（图2）。这些结果表明过去许多短期氮添加实验无法准确反映森林土壤呼吸响应氮沉降的格局。研究成果为氮沉降促进热带森林土壤碳固持现象提供了重要证据，也为全球气候变化的预测和生态系统碳中和目标的实现提供新的依据。

       研究结果于2022年12月1日发表在地球科学领域顶级期刊Nature Geoscience（https://www.nature.com/articles/s41561-022-01080-4；IF=21.53，图3）。文章发表之后，12月5日期刊同时以Research Briefing的形式再次进行报导（https://www.nature.com/articles/s41561-022-01083-1图4）。中科院华南植物园郑棉海副研究员为论文的第一作者，张炜副研究员和莫江明研究员为论文的共同通讯作者。此外，鲁显楷研究员、黄娟副研究员、毛庆功助理研究员、王森浩博士以及合作者美国康奈尔大学骆亦其教授、中科院华南植物园叶清研究员、刘菊秀研究员和岭南师范大学张涛博士也参与了该项工作。研究成果得到了国家自然科学基金重点项目、面上项目、中科院青促会项目和中国生态学会青年人才托举工程项目等资助。 

图1. 长期氮添加对鼎湖山森林土壤碳排放的影响

图2. 长期氮沉降调控热带森林土壤碳排放的机理框架

 图3.  Nature Geoscience上发表论文首页

图4. 氮沉降背景下热带森林土壤呼吸的阶段性变化（Research Briefing）