不同森林葉片氮穩定同位素指示土壤氮動態的差異

近日，中國科學院華南植物園副研究員鄭棉海團隊在國家自然科學基金等項目的資助下，研究揭示了豆科和非豆科人工林葉片氮穩定同位素自然豐度指示土壤氮動態的差異。相關成果發表于《植物與土壤》。

氮磷添加下豆科和非豆科森林植物葉片δ¹⁵N對土壤氮動態的指示作用。受訪者供圖 

氮穩定同位素自然豐度（δ¹⁵N）被廣泛用于指示生態系統氮循環特性。豆科樹種在全球森林廣泛分布，尤其是在熱帶地區。由于具有共生固氮能力，豆科森林¹⁵N豐度受固氮過程中氮氣（δ¹⁵N=0‰）的影響，其¹⁵N模式以及對生態系統氮循環的指示作用可能與非豆科森林存在差異。然而，目前有關兩類森林葉片δ¹⁵N對土壤氮循環指示作用的差異性以及其對養分有效性變化的響應尚不明確。

鄭棉海團隊依托廣東省鶴山森林生態系統國家野外科學觀測研究站的長期氮磷添加試驗平臺，選取豆科人工林和非豆科人工林為研究對象，對“植物-凋落物-土壤”連續體的δ¹⁵N進行了分析，同時監測了土壤氮動態相關指標用以系統地對比養分添加下兩類人工林植物和土壤¹⁵N的變化趨勢以及其對土壤氮循環的指示作用。

該研究發現，氮添加對葉片δ¹⁵N的影響取決于森林類型，非豆科人工林林下植物葉片δ¹⁵N在氮添加下顯著增加，而豆科林無顯著變化。長期養分添加顯著改變了兩個人工林的土壤氮損失，具體表現為氮添加顯著增加了土壤N₂O排放以及NO₃-淋溶速率，而磷添加表現出相反作用。此外，非豆科人工林葉片δ¹⁵N與土壤N₂O排放和NO₃-淋溶速率之間表現出顯著的正相關關系，豆科人工林未表現出顯著的相關關系。

該研究表明，養分添加下的植物葉片δ¹⁵N對土壤氮動態的指示作用在豆科和非豆科森林之間存在差異，該研究結果拓展了¹⁵N自然豐度指示生態系統氮循環過程和狀態的傳統認知。