إضافات النيتروجين فوق المظلة وتحتها تؤدي إلى أنماط مختلفة زمنياً ومكانياً لاحتجاز النيتروجين في غابة معتدلة

لماذا يهم وجود نيتروجين إضافي في الغابات

في جميع أنحاء العالم، تُغدِق الأنشطة البشرية الغابات بكميات متزايدة من النيتروجين التفاعلي، وهو مغذٍ أساسي في الأسمدة وتلوث الهواء. يمكن لهذا الترسب الخفي أن يعزز نمو الأشجار، لكنه قد يزعزع استقرار التربة والمجاري المائية والتنوع البيولوجي أيضاً. للتنبؤ بالمسار الذي نتجه نحوه، يحتاج العلماء إلى معرفة مسألة بسيطة لكنها مفاجِئة في صعوبتها: عندما يصل النيتروجين إلى الغابة، أين ينتهي به المطاف فعلياً؟ تتناول هذه الدراسة هذا السؤال من خلال مقارنة إضافة النيتروجين فوق قمم الأشجار مع رشه مباشرة على أرضية الغابة في غابة معتدلة بالصين.

طريقتان لدخول النيتروجين إلى الغابة

تضيف معظم التجارب التي تُحاكي تلوث النيتروجين السماد ببساطة إلى الأرض. لكن في الواقع يصطدم كثير من النيتروجين في المطر والثلج والجسيمات الجافة أولاً بالمظلة الورقية، حيث يمكن أن يُعترض أو يتحول أو حتى يُفقد قبل أن يصل إلى التربة. استغل الباحثون غابة بلوط ثانوية شابة في جبال تشينلينغ، وهي منطقة أصبحت بؤرة لترسيب النيتروجين الجوي. استخدموا طائرات بدون طيار لرش كميات صغيرة من النيتروجين الموسوم بنظير مستقر فوق المظلة، ومرشات ظهرية لتطبيق نفس النيتروجين الموسوم تحت المظلة على القاع والنباتات الدنيا والتربة. من خلال تتبع هذا العلامة الآمنة على مدار عام كامل، استطاعوا تتبع مسار النيتروجين إلى الأوراق والخشب والجذور وطبقات التربة بدقة غير معتادة.

تتبع النيتروجين الموسوم عبر الغابة

طبق الفريق شكلين شائعين من النيتروجين غير العضوي، الأمونيوم والنترات، في تجارب فوق المظلة وتحتها. ثم أخذوا عينات من الأوراق والفروع والسُوق والنباتات الدنيا والجذور والتربة حتى عمق 40 سنتيمتراً في نقاط زمنية متعددة على مدار 365 يوماً. سمح الوسم النظائري بفصل النيتروجين المضاف حديثاً عن مخزون الغابة القائم. فور التطبيق، أدت تسميد الطبقة الدنيا إلى نسبة أعلى من النيتروجين الجديد الموجود في النظام البيئي ككل مقارنة بتسميد المظلة، ويرجع ذلك أساساً إلى أن القليل منه كان قد اعترض أو فُقِد قبل أن يصل إلى الأرض. ومع ذلك، طُوِي هذا الفارق على مدار السنة: بحلول اليوم 365، احتفظت الغابة بنحو 82 بالمئة من المادة الموسومة عند تطبيقها على الطبقة الدنيا ونحو 70 بالمئة عند تطبيقها على المظلة، مما يشير إلى تخزين طويل الأمد كبير في كلا السيناريوهين.

مواقع تخزين مختلفة لمداخل المظلة والأرض

على الرغم من أن الاحتجاز الكلي انتهى متشابهاً، اختلفت المواقع التي خُزن فيها النيتروجين اختلافاً حاداً بين الطريقتين. عندما أضيف فوق المظلة، تراكمت المزيد من المادة الموسومة في الكتلة الحيوية للأشجار، خصوصاً في السُوق الخشبية، التي أصبحت أكبر مخزن منفرد بعد عام واحد. في هذه الحالة، احتفظت الأشجار بنحو ضعف النيتروجين الجديد مقارنةً بما احتفظت به التربة، وانتقل جزء أكبر أيضاً إلى طبقات التربة العميقة. بالمقابل، عندما طُبِّق النيتروجين على أرض الغابة، احتُجز أولاً بقوة بواسطة الشجيرات والأعشاب والفتات السطحي، ثم خُزن بشكل متزايد في أعلى 40 سنتيمتراً من التربة. عززت إضافة تحت المظلة احتجازاً مرتفعاً في الطبقات السطحية من التربة بدلاً من الخشب الشجري، وهو ما يعكس الامتصاص الفوري بواسطة الجذور والكائنات الدقيقة قرب السطح وقلّة التصفية عبر المظلة.

كيف يشكل شكل النيتروجين مصيره

أثر الشكل الكيميائي للنيتروجين كذلك على حركته عبر الغابة. عموماً احتفظ النظام البيئي بكميات إجمالية متقاربة من الأمونيوم والنترات، لكن النباتات أظهرت تفضيلاً واضحاً للنترات. دمجت الأشجار والشجيرات مزيداً من النترات في أنسجتها، لا سيما في السُوق طويلة العمر، بينما احتفظت التربة بكميات متقاربة من الأمونيوم والنترات. ينشأ هذا النمط على الأرجح لأن النترات أكثر حركة في مياه التربة وأسهل نقلاً داخل النباتات، بينما يميل الأمونيوم إلى الالتصاق بجسيمات التربة. ومن المثير للاهتمام أنه في هذا الموقع الغني نسبياً بالنيتروجين، كانت الكائنات الدقيقة وكيمياء التربة قادرة على تثبيت كلا الشكلين بكفاءة، مما ساعد على إبقاء كثير من النيتروجين المضاف من أن يفقد بسرعة.

ماذا يعني هذا للغابات والمناخ

للمراقب العادي، الرسالة الأساسية للدراسة هي أن الطريقة التي نحاكي بها تلوث النيتروجين في التجارب يمكن أن تؤثر بقوة على الإجابات التي نحصل عليها. يؤدي إضافة النيتروجين للأرض فقط إلى المبالغة في تقدير ما ينتهي في تربة السطح وتقلل من دور المظلة كالحاجز ومخزن طويل الأمد في الخشب والتربة الأعمق. في هذه الغابة الشابة المعتدلة، يغذي النيتروجين الهابط على المظلة الأشجار والتربة الأعمق ببطء، بينما يُحتجز النيتروجين الذي يصل مباشرة إلى الطبقة الدنيا بسرعة بواسطة النباتات الصغيرة والتربة السطحية. كلا المسارين يمكن أن يخزن نسبة كبيرة من النيتروجين الوارد، لكن في أماكن مختلفة وعلى مقاييس زمنية مختلفة. يجب أن تساعد هذه الرؤى في تحسين النماذج التي تربط تلوث النيتروجين بنمو الغابات واحتجاز الكربون، ما يؤدي في نهاية المطاف إلى صقل توقعات كيفية استجابة الغابات للتغيرات المستمرة في جودة الهواء.

الاستشهاد: Yang, Z., Guerrieri, R., Ye, N. et al. Above canopy and understory nitrogen additions lead to divergent spatio-temporal nitrogen retention patterns in a temperate forest. Commun Earth Environ 7, 316 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03313-5

الكلمات المفتاحية: ترسيب النيتروجين, غطاء الغابة, مغذيات التربة, تتبع النظائر المستقرة, احتجاز الكربون