全球森林面臨缺氮危機 恐使陸生系統營養貧瘠

【本刊訊】近日研究發現,氣候變遷除了導致氣溫與大氣中二氧化碳量上升外,也可能導致陸地植物對關鍵營養素——氮的可用性(availability)下降,這可能影響森林對大氣中二氧化碳的吸收,且食用這些植物的動物對相關營養素的攝取也將減少。許多陸地生態系統內的生物面臨「缺氮危機」,對此景觀生態學教授埃摩爾(Andrew Elmore)表示,這可能意味著減少人為碳排放的工作日趨重要。

部分沿海地區,如美國乞沙比克灣(Chesapeake Bay)受農場作物與草坪氮汙染影響,藻類的大量繁殖下使得水中氧氣減少,最終導致水質優養化(eutrophication),而類似的事件也持續受到關注。然而,一些土壤較貧瘠的區域,如馬里蘭州西部山區,狀況就不太一樣了。就植物的生長與發展而言,氮是一個非常重要的營養素;森林裡的微生物會分解有機物質(落葉),並將氮釋放到土壤中;而樹木便可利用這些氮來構築蛋白質,進而生長、茁壯。然而研究發現,隨著樹木吸收的碳量增加,微生物能從中釋出的氮也受到了限制。

埃摩爾進而指出,「世界充斥著氮,其所造成的汙染成就了許多環境效應」這個想法,一直是科學文獻與大眾媒體談論的焦點。針對1980~2017年間的全球葉片化學資料進行研究,團隊發現植物能獲取的氮有降低的趨勢,那些未經肥料處理的森林與土地,其所含的營養可說是越來越貧乏,埃摩爾解釋道,這意味著被森林覆蓋的流域裡,陸地生態系統可能出現生產力降低,即「貧養化(oligotrophication)」的現象。而研究團隊也發現,該系統的缺氮現象也與全球二氧化碳量增加及生長季節延長的趨勢相當一致。

本篇研究也顛覆了許多模型對「森林能盡可能地吸收碳」的預測。馬里蘭大學環境研究中心主任戴維森(Eric Davidson)表示,由於森林的生長受到氮的限制影響,讓森林吸收過多的二氧化碳恐非長遠之計,顯然減少碳排放量迫在眉睫。此外,美國與歐洲在約束燃煤發電廠的法規中,試圖以減少氮的沉積量來減緩酸雨現象;然而與此同時,隨著大氣中二氧化碳量的增加與生長季節的延長,植物對氮的需求也越來越大。目前有許多證據支持著優養化的理論,然而生態學家克芮恩(Joseph Craine)表示,不光是葉片的氮量下降,連牧牛、花粉的蛋白質及溪流中的氮素也在減少當中,若這個現象持續進行,生態系統營養日漸貧瘠的光景,是可以想見的。

新聞來源
University of Maryland Center for Environmental Science,   Study finds availability of nitrogen to plants is declining as climate warms, Physic Org., 2018.

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