Добавление азота над кроной и в подполе приводит к расхождению пространственно-временных шаблонов удержания азота в лиственном лесу умеренного пояса

Почему дополнительный азот в лесах важен

По всему миру деятельность человека приводит к увеличению поступления реактивного азота в леса — ключевого питательного элемента в удобрениях и загрязнителе воздуха. Этот невидимый «осадок» может стимулировать рост деревьев, но также дестабилизировать почвы, водные системы и биоразнообразие. Чтобы предсказать, к какому будущему мы движемся, учёным нужно знать простую, но неожиданно сложную вещь: куда именно попадает азот, когда он выпадает на лес? В этом исследовании вопрос решали, сравнивая внесение азота над кроной деревьев и распыление азота непосредственно на почвенный покров в лиственном лесу умеренного пояса в Китае.

Два пути попадания азота в лес

Большинство экспериментов, имитирующих азотное загрязнение, просто вносят удобрения в почву. На самом деле значительная часть азота в дожде, снеге и сухих аэрозолях сначала попадает на лиственную крону, где он может быть перехвачен, преобразован или даже утерян, прежде чем достигнет почвы. Исследователи использовали молодой вторичный дубовый лес в горах Циньлинь — регион, ставший «горячей точкой» атмосферного осаждения азота. Они применили дроны для распыления небольших количеств азота, меченного стабильным изотопом, над кроной, и ранцевые опрыскиватели для нанесения того же меченого азота в подполе и на почву. Отслеживая этот безвредный трассер в течение полного года, они могли с необычной точностью проследить путь азота в листья, древесину, корни и почвенные горизонты.

Отслеживание меченого азота в лесу

Команда применяла две распространённые неорганические формы азота — аммоний и нитрат — в вариантах как над кроной, так и в подполе. Затем они периодически отбирали образцы листвы, ветвей, стволов, растений подполья, корней и почв до глубины 40 сантиметров в течение 365 дней. Изотопная метка позволяла отделить вновь внесённый азот от уже имеющихся запасов в экосистеме. Сразу после внесения удобрения добавление в подполе приводило к более высокой доле нового азота, обнаруживаемой в экосистеме в целом, по сравнению с нанесением над кроной, главным образом потому, что меньшее количество было перехвачено или потеряно до попадания на землю. Однако в течение года этот разрыв сократился: к 365-му дню лес удержал примерно 82 процента внесённого трассера при применении в подполе и почти 70 процентов при нанесении над кроной, что указывает на существенное долгосрочное накопление в обоих сценариях.

Разные места хранения при вводе сверху и снизу

Хотя суммарное удержание в итоге оказалось схожим, места накопления азота резко отличались между двумя методами. При внесении над кроной больше трассера в конечном счёте аккумулировалось в биомассе деревьев, особенно в древесных стволах, которые через год стали крупнейшим пулом хранения. В этом случае деревья удерживали почти вдвое больше нового азота, чем почва, и большая доля также проникала в более глубокие почвенные горизонты. Напротив, при внесении на почву азот сначала активно захватывался кустарником, травянистыми растениями подполья и поверхностной опадью, а затем всё в большей степени накапливался в верхних 40 сантиметрах почвы. Внесение в подполе способствовало высокому удержанию в поверхностных слоях почвы, а не в древесине деревьев, что отражает оперативное поглощение корнями и микроорганизмами у поверхности и меньшее фильтрование кроной.

Как форма азота определяет его судьбу

Химическая форма азота также влияла на его перемещение по лесу. В целом экосистема удерживала схожие суммарные количества аммония и нитрата, но растения явно предпочитали нитрат. Деревья и кустарники включали в свои ткани больше нитрата, особенно в долговечные стволы, тогда как почвы удерживали аммоний и нитрат примерно в сопоставимых количествах. Эта закономерность, вероятно, связана с большей подвижностью нитрата в почвенном растворе и более лёгким транспортом внутрь растений, тогда как аммоний склонен адсорбироваться на частицах почвы. Интересно, что на этом относительно богатом азотом участке микробы и почвенная химия эффективно фиксировали обе формы, помогая удерживать большую часть внесённого азота от быстрой потери.

Что это значит для лесов и климата

Для непрофессионального наблюдателя ключевой вывод исследования таков: способ имитации азотного загрязнения в экспериментах может существенно менять получаемые ответы. Внесение азота только в почву переоценивает долю, оказывающуюся в поверхностных почвах, и недооценивает роль кроны как «вратаря» и долгосрочного хранилища в древесине и глубинных почвенных слоях. В этом молодом лиственном лесу азот, выпадающий на крону, постепенно питает деревья и глубокие почвы, тогда как азот, попадающий в подполе напрямую, быстро задерживается мелкими растениями и верхним горизонтом почвы. Обе траектории могут аккумулировать значительную долю поступающего азота, но в разных местах и на разных временных масштабах. Эти выводы помогут улучшить модели, связывающие азотное загрязнение с ростом лесов и запасанием углерода, что в конечном счёте уточнит прогнозы реакции лесов на продолжающиеся изменения качества воздуха.

Цитирование: 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

Ключевые слова: осаждение азота, лесная крона, питательные вещества в почве, отслеживание стабильными изотопами, секвестрация углерода