Dodatek azotu nad koroną drzew versus pod koroną wpływa na wymywanie azotanów i mineralizację, ale nie na emisję gazów cieplarnianych w drzewostanie dębu bezszypułkowego

Dlaczego ta leśna historia ma znaczenie

Na całym świecie działalność człowieka dostarcza dodatkowy azot do atmosfery, który w końcu opada na lasy w postaci deszczu i pyłu. Azot jest kluczowym składnikiem odżywczym dla roślin, więc jego większa dostępność może wydawać się darmowym nawozem, który pomaga drzewom rosnąć i magazynować węgiel. Jednak nadmiar azotu może przedostawać się do potoków jako azotan, zaburzać życie gleby i przyczyniać się do powstawania gazów ocieplających klimat. Badanie stawia pozornie proste pytanie o dalekosiężnych konsekwencjach: czy ma znaczenie, czy ten dodatkowy azot najpierw dotyka liściowej korony drzew, czy opada bezpośrednio na dno lasu?

Dwa sposoby dokarmiania lasu

Badania prowadzono w lesie dębu bezszypułkowego w północnych Włoszech, gdzie drzewa rosną na cienkiej, lekko kwaśnej glebie i uważa się, że są częściowo ograniczone przez dostępność azotu. Naukowcy założyli dziewięć okrągłych działek i prowadzili zabiegi przez sześć lat. W jednym zestawie działek nie dodawano dodatkowego azotu (kontrola). W innym roztwór azotu był rozpylany bezpośrednio na powierzchnię gleby, naśladując powszechną praktykę nawożenia gruntowego. W trzecim ten sam ilościowo roztwór rozpryskiwano ponad koronami drzew za pomocą wysokich zraszaczy, tak że musiał przejść przez koronę — bliżej naturalnego sposobu, w jaki zachowuje się opad atmosferyczny. Wszystkie działki otrzymały tę samą umiarkowaną dawkę, około czterokrotnie większą niż lokalne tło depozycji azotu, ale nadal mieszczącą się w realistycznych zakresach dla zanieczyszczonych regionów.

Obserwowanie ruchu azotu w glebie

Aby sprawdzić, co działo się z dodanym azotem, zespół śledził kilka etapów cyklu azotowego w glebie. Zakopywano małe próbki gleby wyposażone w specjalne żywice, które wyłapywały azot przemieszczający się w dół, co pozwalało mierzyć zarówno wymywanie azotanu, jak i amonu z wierzchniej warstwy gleby. Mierzono też, jak szybko mikroby glebowe przekształcają azot organiczny w formy mineralne dostępne dla roślin — proces zwany mineralizacją. Przez kilka lat i w różnych porach roku wielokrotnie pobierano próbki rdzeni, śledząc, ile azotu się kumuluje, ile przemieszcza się z wodą w dół i jak szybko jest transformowane przez życie glebowe.

Przeciekające gleby kontra buforujące korony

Sposób aplikacji azotu okazał się mieć istotne znaczenie dla procesów zachodzących w glebie. Gdy azot był rozpylany bezpośrednio na powierzchnię gleby, wymywanie azotanów z wierzchniej warstwy wyraźnie wzrosło w późniejszych latach eksperymentu, a także zwiększyło się wymywanie amonu. Jednocześnie całkowita szybkość, z jaką mikroby mineralizowały azot w glebie, spadła w porównaniu z nieleczoną kontrolą. Innymi słowy, więcej azotu było spłukiwanego w dół, a mniej było przetwarzane z powrotem do form dostępnych dla roślin. Natomiast gdy azot był rozpylany nad koroną drzew, ani wymywanie azotanów, ani mineralizacja nie różniły się istotnie od kontroli. Poprzednie badania na tym stanowisku wykazały, że liście korony mogą przechwycić i zaabsorbować dużą część przychodzącego azotu, co pomaga wyjaśnić, dlaczego gleby pod dodatkiem ponadkoronowym zachowywały się podobnie do nienawożonej powierzchni.

Gazy cieplarniane pozostają zaskakująco stabilne

Naukowcy śledzili również wpływ zabiegów na trzy kluczowe gazy cieplarniane przemieszczające się między glebą a atmosferą: dwutlenek węgla, metan i podtlenek azotu. Za pomocą analizatorów gazów i szczelnych komór monitorowali te strumienie przez kilka lat. Pomimo wyraźnych sezonowych wahań związanych z temperaturą i wilgotnością — większe emisje dwutlenku węgla w ciepłych, wilgotnych warunkach i stały pobór metanu przez dobrze napowietrzoną glebę leśną — dodatkowy azot, niezależnie od tego, czy dodawano go nad, czy pod koroną, nie powodował stałych zmian w żadnym z gazów. Oddychanie gleby reagowało głównie na to, jak ciepła i wilgotna była gleba, podczas gdy pobór metanu i emisje podtlenku azotu pozostały niskie i wysoce zmienne we wszystkich działkach.

Co to oznacza dla lasów i klimatu

Badanie pokazuje, że korony drzew działają jako ważny bufor między atmosferycznym azotem a leżącą pod nimi glebą. Bezpośrednie dodawanie azotu do gleby lasu zwiększa, w przesadny sposób, wymywanie azotanów z wierzchniej warstwy i silniej zaburza procesy mikrobiologiczne, podczas gdy dodanie tej samej ilości ponad koroną pozostawia obieg azotu w glebie bliższy normalnemu — przynajmniej w ciągu pierwszych kilku lat. Równocześnie te umiarkowane ładunki azotu nie spowodowały jeszcze wyraźnego wzrostu emisji gazów cieplarnianych. Dla laika przekaz jest taki, że sposób i miejsce, w którym azot trafia do lasu, mogą silnie kształtować jakość wody i zdrowie gleby, podczas gdy jego wpływ na gazy ocieplające klimat może rozwijać się wolniej. Długoterminowe badania uwzględniające rolę liściowej korony są niezbędne, by zrozumieć, czy lasy nadal będą wchłaniać azot bez szkód, czy też w końcu ulegną nasyceniu i zaczną wypuszczać więcej zanieczyszczeń w dół i do atmosfery.

Cytowanie: Da Ros, L., Anna, B., Pietro, P. et al. Above-canopy versus below-canopy nitrogen addition affects nitrate leaching and mineralization but not greenhouse gas fluxes in a sessile oak stand. Sci Rep 16, 11800 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36532-z

Słowa kluczowe: opad azotu, ponad- i podkoronowy system leśny, wymywanie azotanów, gazy cieplarniane, węgiel w glebie