科学家发现森林以令人吃惊的方式失去关键的氮

科学家发现森林以令人吃惊的方式失去关键的氮（神秘的地球配图）

（神秘的地球报道）据EurekAlert!：即便是在夏季干旱时间，森林流域的一些地块仍然被水淹没。科研人员在11月3日的《美国科学院学报》上报告说，他们已经发现了这些地块担任了把氮从地下水中清除并且让其回归大气的微生物活动的热点地区。

氮对于森林中的植物生长是极为重要的营养物质。脱氮作用把这种营养物质从生态系统中清除出去，而且可能减少森林的生长和生产力。

这项研究为更好地理解氮在环境中如何处理、在什么地方处理做出了贡献。“氮是最常常限制了植物生长率的营养物质，而森林中的氮的循环和命运一直难以追踪，特别是当它以气态形式流失的时候，”该研究的共同作者、美国康奈尔大学生态学与进化生物学副教授Christine Goodale解释说。

“这项研究将让我们更好地理解森林中的氮的命运，”当时作为康奈尔大学生态与进化生物学系的博士后研究人员领导了该研究的Sarah Wexler说。如今她在英国东英格兰大学环境科学学院工作。

这项研究是在美国新罕布什尔的怀特山脉的Hubbard Brook实验林进行的，那里的大气沉积了每年每英亩5到7磅的氮。这个森林是美国国家科学基金会长期生态研究项目的一部分。

在这个森林的各个地点，这个研究组测量了硝酸盐的存在，这是氮的一种形式，它在环境中高度可移动而且具有活性，然后确定了这些硝酸盐是不是大气沉积或者硝化作用的结果。Wexler说这组科研人员区分了硝酸盐的来源，通过使用天然存在的稳定同位素，在原子层次上审视了硝酸盐，从而证明了其中一些硝酸盐流失到了大气中。

“硝酸盐中的氮和氧的同位素组成提供了直接追踪氮循环的细节的一种天然方法。在地下水没有流入河流的夏季找到浅地下水的脱氮作用的同位素证据，这可能既解释河流氮输出的减少，又解释为什么一直没有在河流本身发现脱氮作用，” Wexler说。

这组科研人员确定了浅地下水地块的脱氮作用的重要性，这些浅地下水地块一直以来在很大程度上是被忽视的温带森林流域氮流失控制点。“在进行这项研究之前，这些碎片化的地块对于氮循环的重要性一直没有被正确认识，”共同作者、弗吉尼亚理工大学自然资源与环境学院弗吉尼亚水资源研究中心的Kevin McGuire说。

多数氮是被雨沉积的，而温带森林从大气中获得的氮输入远远大于它们向河流的输出。一旦氮在一条河流中离开了森林，它会变成一种水污染物。脱氮作用清除了这种污染物，因此也就可能改善下游湖泊与河口的水质。“在一些生态系统中，当输入保持升高的时候，一直存在河流水氮输出的长期下降，” Goodale说。

“理解这种氮的命运一直是一个挑战，因为脱氮作用——氮以气体形式流失到大气中——是出了名的难以测量，”共同作者、Cary生态系统研究所的脱氮作用专家Peter Groffman说。“气候变化，特别是降水的增加，可能一直在增加森林中的被水淹没的地块的数量。因此气候变化可能一直在增加脱氮作用，增加它对森林生长和生产力的影响——结果是坏的，并且增加它对水质的影响——结果是好的。