工业革命以来化石燃料燃烧以及农业化肥施用导致大气氮沉降增加，而北方森林是陆地生态系统氮限制最为强烈的生态系统，因此氮沉降对北方森林生态系统碳循环具有重要影响。生态系统碳平衡取决于净初级生产力和异养呼吸碳排放之间的平衡，但当前开展于北方森林的研究多关注植物净初级生产力对氮添加的响应，缺乏长期实验研究北方森林土壤异养呼吸碳排放以及生态系统碳平衡对氮沉降的响应。
实验室研究团队借助长期野外控制实验平台，基于2012-2020年间的树木生长和土壤异养呼吸连续观测数据，研究了北方森林老龄林生态系统碳通量对不同氮添加水平的响应及随时间的变化。结果表明，氮添加促进净初级生产力，其效应大小随氮添加水平下降；土壤异养呼吸碳排放对不同氮添加水平的响应是非线性的，低水平氮添加促进而中氮和高氮添加抑制。低水平氮添加对净初级生产力和土壤异养呼吸碳排放的效应大小相当，最终导致低水平氮添加对净生态系统生产力没有影响，而中氮和高氮添加促进生态系统碳汇。此外，本研究还揭示了低水平氮添加处理对生态系统碳通量的影响随时间呈非线性变化。综上，与“氮沉降促进北方森林生态系统碳汇”这一传统观点不同，本研究发现低水平氮添加对北方森林生态系统碳输入和碳输出过程的影响相当，意味着背景氮沉降对北方森林生态系统碳汇的贡献是微弱的。
该研究成果于2021年10月25日在线发表于国际学术期刊Ecology Letters上。博士后邢爱军和北京师范大学杜恩在副教授为该论文共同第一作者，方精云院士和沈海花副研究员为通讯作者。该研究得到了基金委基础科学中心项目、国家重点基础研究发展规划项目和中国科学院前沿科学重点研究项目等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1111/ele.13906
长期氮添加影响北方森林老龄林生态系统碳通量的模式图