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成熟林可缓解水流含氮过量问题
来源 : 科学之家   发布时间 : 2014-11-21 15:41

图片说明:研究小组成员进入一片幼林,他要在美国宾夕法尼亚州(Pennsylvania)中部一片已经恢复的皆伐迹地上寻找研究样地。图片来源:David Lewis
 
在美国宾夕法尼亚州中部森林里工作的生态学家发现,森林表层的土壤能在几天之内迅速捕获并固定功能强大的氮肥,而释放却很慢,需要几年到几十年时间。这种速度的差异即意味着氮可以在土壤中累积。森林可以提供一个目前还未受到重视的服务,那便是帮助固定现代农业、工业、交通运输业产生的氮,避免其导致水流中含氮过量的问题。
 
氮是一种必需营养素,在生物的生存和发展中必不可少。虽然它是空气的主要成分,但很大程度上是不可直接获得的,只能通过某些微生物的代谢或被雨、雪、雾冲到土壤中形成氨、氮氧化物或有机物来获取。地面上没有被冲走的氮被细菌、真菌或植物吸收,形成蛋白质、DNA或其他生物组分。土壤中的有机质,如落叶、动物粪便和不同的腐烂程度的腐殖质等,也可以捕捉新沉积的氮,并将其固定于土壤中。
 
研究人员发现,与刚从皆伐后恢复的幼林相比,成熟林固氮的效率更高,因为它们地表的有机物已经积累了近一个世纪或更长的时间。当森林被砍光,很快就会发生水土流失,将表层土壤冲走。仅十年的幼林才刚开始重建有机层,还需要很多年的累积。
 
随着森林的成长和成熟,其中的生物种类将发生有序地进化演替(succession),这是经典的生态学理论。有机体和非生物景观中的营养物质交换也在演替过程中不断变化,而土壤固氮这一发现揭示了生态系统营养物质变化的重要信息。20世纪70年代到80年代初,人们认为生态系统的成长就像人一样。有时候,森林像人一样停止长大和增加生物量。生态学家认为停止生长时,捕获养分的能力也随之消失。但是到了80年代中期,人们意识到成熟的生态系统仍在不断地吸收氮,主要是土壤的吸收。通过证明氮捕捉比其释放速度更快,Lewis和同事提出一个新的机制,即成熟的生态系统持续积累新摄入的营养物质。
 
正是因为富含有机物的土壤能够快速固定氮,因此森林土壤吸收由于人类活动在生物圈中产生的过量的氮。合成氮肥的应用和化石燃料的燃烧产生了大量的氨和氮氧化物。工业化以来,人类活动使空气中氮的固定速率增加了两倍。过量的氮已危及到很多生态系统的营养平衡,最明显的是促使藻类大量繁殖并在湖河港口产生缺氧的死亡地带。这项研究表明,我们需要将保护和恢复森林作为长期战略选择,以此来保护有机物丰富的土壤,避免含氮过量的地下水流向溪流、湖泊、河口。(科学之家,译审:JY Chen)


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