增加树种多样性，助力森林N2O减排 | NSR论文

近日，华东师范大学科研团队在National Science Review（《国家科学评论》，NSR）发表题为“Enhanced plant diversity reduces nitrous oxide emissions in forest soils worldwide”的研究论文。该研究将全球数据集与野外实验相结合，发现增加树种多样性可减少森林土壤氧化亚氮（N2O）排放，其机制在于与反硝化作用相关的N2O生成量降低。

模型分析表明，与单一树种相比，拥有2种树种的森林可以减少全球森林10.39%的N2O排放；拥有24种树种的森林减排效果最大，达56.30%。该发现强调了增加植物多样性在减缓N2O排放方面的重要作用。华东师范大学河口海岸学全国重点实验室侯立军研究员、生态与环境科学学院周小奇教授为论文共同通讯作者。

研究背景

已有的研究表明，植物多样性丧失会削弱生态系统生产力和功能。N2O是一种强效温室气体，森林是陆地生态系统中最大的N2O自然排放源，因此森林N2O通量的微小变化会对全球气候变暖产生重大影响。然而，目前对森林N2O排放量的估算仍存在不确定性，且未考虑到树种多样性变化如何影响N2O排放。

树种多样性对全球森林N2O通量的影响

研究团队将来自全球森林的201个配对观测数据与基于中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能研究平台（BEF-China）的三年原位N2O通量观测数据相结合，利用效应值评估树种多样性对森林N2O通量的影响。结果表明，树种多样性增加对全球森林土壤N2O通量具有显著的负效应（R2=0.64,P<0.05），且无论是文献数据还是原位观测数据，均呈现出随着树种多样性增加，N2O排放下降的趋势。

图1 通过Meta分析和长期原位观测数据构建的全球树种多样性-森林土壤N2O通量数据集样点分布（a）及树种多样性与树种多样性对N2O通量影响的效应值之间的线性关系（b）

树种多样性增强减少森林N2O排放的机制

通过进一步区分并量化不同树种多样性下森林土壤N2O产生过程，结果表明，随着树种多样性增加，硝化、反硝化过程N2O产生量同时下降。其中，树种多样性增加使得反硝化过程N2O产生占比由70%下降至40%左右，因此反硝化过程成为N2O通量变化的主导过程。结构方程模型结果表明，反硝化过程受到土壤无机氮含量的显著影响（通径系数为0.32，P<0.001）。树种多样性增加促进了植物对土壤无机氮的吸收利用，减少了反硝化作用所需底物（通径系数为-0.44，P<0.001），使得反硝化过程N2O产生量下降。

图2 不同树种多样性下亚热带森林原位土壤N2O平均排放率（a）及硝化过程、反硝化过程N2O产生量占比（b）

模型模拟未来不同树种多样性情景下全球森林N2O排放

最后，该研究将植物多样性因子纳入N2O过程模型，构建植物多样性-土壤-N2O通量模型，量化不同树种多样性情景下的全球森林土壤N2O排放。模拟结果表明与单一树种相比，拥有2种树种的森林可以减少全球森林10.39%的N2O排放；拥有24种树种的森林减排效果最大，达56.30%。

图3 植物多样性-土壤-N2O通量模型模拟不同树种多样性情景下全球森林土壤N2O排放

小结

该研究首次量化了增加树种多样性在减少森林土壤N2O排放方面的潜力，强调了在森林中保持较高的树种多样性作为一种减缓全球气候变化影响策略的重要性。在未来，有必要将树种多样性纳入陆地生态系统模型，以更加准确地估算森林N2O通量的动态变化。

华东师范大学生态与环境科学学院博士生左涵灵为论文第一作者，论文合作者包括华东师范大学生态与环境科学学院博士生肖文胜、博士生董明秋、博士后顾辛韵，河口海岸学全国重点实验室梁霞副研究员，英国阿伯丁大学Pete Smith教授，西班牙塞维利亚自然资源与农业生物研究所Manuel Delgado-Baquerizo教授。

该研究得到国家自然科学基金项目（No. 32171635）和中央高校基本科研业务经费共同资助。

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf186