树冠上方与树冠下方施氮对栎树林地硝酸盐淋洗与矿化的影响：对温室气体通量无显著影响

这则森林故事为什么重要

全球范围内，人类活动正在向大气中额外释放氮，这些氮最终通过降雨和尘埃落到森林中。氮是植物的重要营养元素，因此看起来更多的氮像是免费的肥料，可能有助于树木生长并储存碳。但过量的氮会以硝酸盐形式渗入溪流，扰乱土壤生物，并促成气候变暖气体的产生。这项研究提出了一个看似简单但影响深远的问题：额外的氮是先接触树冠叶片，还是直接落到林地表面，这一点重要吗？

喂养森林的两种方式

研究在意大利北部的一片栎树（sessile oak）林地进行，这里的树木生长在薄、略酸性的土壤上，被认为在一定程度上受氮限制。科学家设置了九个圆形地块并进行了为期六年的处理。在一组地块中未添加额外氮（对照组）。在另一组中，氮溶液直接喷洒到林地表面，模仿常见的地面施肥做法。在第三组中，相同量的氮被通过高喷头喷洒到树冠上方，使溶液必须穿过冠层——更接近真实的大气沉降行为。所有地块接受了相同的适中剂量，约为当地背景氮沉降的四倍，但仍处于污染区域的现实范围内。

监测氮在土壤中的流动

为了观察这些添加的氮的去向，研究团队跟踪了土壤氮循环的若干环节。他们埋设了装有特制树脂的小土芯，这些树脂能捕获向下移动的氮，从而测量表层土壤中硝酸盐和铵盐的淋洗。他们还测定了土壤微生物将有机氮转化为植物可利用矿质形态（即矿化过程）的速率。多年和多季节的重复采样使他们能够追踪氮的累积量、随水向下移动的量以及土壤生物转化的速率。

易渗的土壤与缓冲的冠层

氮的施加方式对土壤中发生的情况影响很大。当氮直接喷洒到林地表面时，实验后期顶层土壤的硝酸盐淋洗明显增加，铵盐淋洗也有所上升。同时，与未处理的对照相比，土壤中微生物的氮矿化总体速率降低。换句话说，更多的氮被向下冲刷，而被循环成植物可用形式的量减少。相比之下，当氮喷洒在冠层上方时，硝酸盐淋洗和矿化率均未显著不同于对照。该地点先前的研究表明，冠层叶片可以拦截并吸收大量进入的氮，这有助于解释为何冠层上方施加的氮使土壤表现更像未受肥的地面。

温室气体出乎意料地稳定

研究者还跟踪了三种在土壤与大气之间交换的关键温室气体：二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。他们使用气体分析仪和封闭室在多年中监测这些通量。尽管存在由温度和湿度驱动的显著季节性波动——如在温暖潮湿条件下二氧化碳释放增加，通气良好的森林土壤持续吸收甲烷——无论是在冠层上方还是下方添加的额外氮，都没有导致任何一种气体出现一致性的变化。土壤呼吸主要对土壤的温度和湿度作出反应，而甲烷吸收和一氧化二氮排放在所有地块中均保持低而高度可变。

对森林与气候的意义

这项研究表明，树冠是大气氮与下方土壤之间的重要缓冲层。直接向林地表面添加氮会放大顶层土壤中硝酸盐的淋洗并更强烈地改变微生物过程，而以相同量在冠层上方添加则使土壤氮循环在头几年内更接近正常状态。与此同时，这些适中的氮负荷尚未将系统推向明显更高的温室气体排放。对普通读者而言，信息是：氮进入森林的方式和地点会显著影响水质和土壤健康，而其对气候变暖气体的影响可能会更缓慢显现。尊重叶冠作用的长期研究对于判断森林是会继续无害地吸收氮，还是最终达到饱和并开始向下游和大气泄漏更多污染，至关重要。

引用: 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

关键词: 氮沉降, 森林冠层, 硝酸盐淋洗, 温室气体, 土壤碳