Ponad koroną i w podszycie dodatki azotu prowadzą do rozbieżnych przestrzenno‑czasowych wzorców retencji azotu w lesie strefy umiarkowanej

Dlaczego dodatkowy azot w lasach ma znaczenie

Na całym świecie działalność człowieka zalewa lasy coraz większą ilością reaktywnego azotu — kluczowego składnika nawozów i zanieczyszczeń powietrza. Ten niewidoczny opad może przyspieszać wzrost drzew, ale też destabilizować gleby, wody i bioróżnorodność. Aby przewidzieć, w którą stronę zmierza przyszłość, naukowcy muszą poznać prostą, choć zaskakująco trudną rzecz: kiedy azot spada na las, gdzie on rzeczywiście trafia? Badanie odpowiada na to pytanie, porównując azot dodany ponad koronami drzew z azotem rozpylonym bezpośrednio na poziomie podszytu w lesie strefy umiarkowanej w Chinach.

Dwa sposoby wejścia azotu do lasu

W większości eksperymentów imitujących zanieczyszczenie azotem po prostu dodaje się nawóz do gleby. W rzeczywistości jednak duża część azotu z deszczu, śniegu i suchych cząstek najpierw trafia na listowie, gdzie może zostać przechwycona, przekształcona lub nawet utracona, zanim dotrze do gleby. Badacze skorzystali z młodego, wtórnego lasu dębowego w górach Qinling, regionu, który stał się hotspotem depozycji atmosferycznego azotu. Wykorzystali drony do rozpylania niewielkich ilości azotu wzbogaconego stabilnym izotopowym „znacznikiem” ponad koronami oraz plecakowe opryskiwacze do aplikacji tego samego znakowanego azotu pod koroną, na podszycie i glebę. Śledząc ten nieszkodliwy tracer przez rok, mogli z niezwykłą precyzją obserwować drogę azotu do liści, drewna, korzeni i warstw gleby.

Śledzenie znakowanego azotu w lesie

Zespół zastosował dwie powszechne formy nieorganicznego azotu — amon i azotan — zarówno w zabiegach nad koroną, jak i w podszycie. Następnie pobierali próbki liści, gałęzi, pni, roślin podszytu, korzeni oraz gleby do 40 centymetrów w kilku punktach czasowych przez 365 dni. Znacznik izotopowy pozwolił oddzielić nowo dodany azot od istniejących zasobów lasu. Bezpośrednio po aplikacji nawożenie podszytu powodowało wyższy udział nowego azotu w ekosystemie niż nawożenie nad koroną, głównie dlatego, że niewiele zostało przechwycone lub utracone zanim trafiło na grunt. Jednak w ciągu roku ta różnica zmniejszyła się: po 365 dniach las zatrzymał około 82 procent dodanego tracera w przypadku aplikacji do podszytu i niemal 70 procent przy aplikacji nad koroną, co wskazuje na znaczące długoterminowe magazynowanie w obu scenariuszach.

Różne miejsca składowania dla wkładów z korony i z ziemi

Choć całkowita retencja okazała się podobna, miejsca składowania azotu różniły się wyraźnie w zależności od metody. Gdy azot był dodawany ponad koroną, więcej znacznika ostatecznie akumulowało się w biomasie drzew, szczególnie w drewnie pni, które po roku stało się największym pojedynczym zasobnikiem. W tym przypadku drzewa zgromadziły prawie dwa razy więcej nowego azotu niż gleba, a większy udział przesunął się także do głębszych warstw gleby. Natomiast gdy azot nanoszono na poziom podszytu, najpierw był on silnie przechwytywany przez krzewy, byliny i ściółkę powierzchniową, a następnie coraz bardziej magazynowany w górnych 40 centymetrach gleby. Aplikacja w podszycie sprzyjała wysokiej retencji w płytkich warstwach gleby zamiast w drewnie drzew, co odzwierciedla natychmiastowe pobieranie przez korzenie i mikroorganizmy blisko powierzchni oraz mniejsze filtrowanie przez koronę.

Jak forma azotu kształtuje jego losy

Forma chemiczna azotu również wpływała na jego przemieszczanie się w lesie. Ogólnie ekosystem zatrzymał podobne całkowite ilości amonu i azotanu, ale rośliny wyraźnie preferowały azotan. Drzewa i krzewy włączały więcej azotanu do swoich tkanek, szczególnie do długowiecznych pni, podczas gdy gleby przechowywały amon i azotan w przybliżeniu w porównywalnych ilościach. Ten wzór prawdopodobnie wynika z większej mobilności azotanu w wodzie glebowej i łatwiejszego transportu do wnętrza roślin, podczas gdy amon ma skłonność do wiązania się z cząstkami gleby. Co ciekawe, na tym stosunkowo zasobnym w azot stanowisku mikroby i chemia gleby były w stanie efektywnie immobilizować obie formy, pomagając zatrzymać dużą część dodanego azotu przed szybkimi stratami.

Znaczenie dla lasów i klimatu

Dla laika kluczowy wniosek z badania jest taki, że sposób, w jaki symulujemy zanieczyszczenie azotem w eksperymentach, może silnie wpływać na otrzymywane odpowiedzi. Dodawanie azotu wyłącznie do gleby przeszacowuje ilość trafiającą do powierzchniowych warstw gleby i niedoszacowuje roli korony jako strażnika i długoterminowego magazynu w drewnie i głębszej glebie. W tym młodym lesie strefy umiarkowanej azot opadający na koronę stopniowo zasila drzewa i głębsze warstwy gleby, podczas gdy azot docierający bezpośrednio do podszytu jest szybko zatrzymywany przez drobne rośliny i gleby wierzchnie. Oba szlaki mogą magazynować dużą część napływającego azotu, lecz w różnych miejscach i na różnych skalach czasowych. Te wnioski powinny pomóc ulepszyć modele łączące zanieczyszczenie azotem z wzrostem lasu i magazynowaniem węgla, ostatecznie precyzując prognozy tego, jak lasy zareagują na trwające zmiany jakości powietrza.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: opad azotu, korona lasu, składniki odżywcze gleby, śledzenie izotopowe, sekwestracja węgla