文章题目：Global Latitudinal patterns in forest ecosystem nitrous oxide emissions are related to hydroclimate
发表期刊：《npj climate atmospheric science》
影响因子：8.5
第一单位：中南林业科技大学
在线日期：2024-08-15
森林覆盖全球土地的三分之一，对水循环和氮循环有重要影响。尽管关于森林碳循环的研究较多，但关于森林氮循环，特别是森林生态系统中的氧化亚氮（N2O）排放的全球研究却相对较少。氧化亚氮是一种温室气体，对全球变暖和平流层臭氧层的破坏有显著贡献。农业是氧化亚氮的主要人为来源，但随着森林区域氮沉降的增加，森林中的N2O排放预计将继续上升。虽然之前的研究表明水文气候过程对氮循环有重要影响，但全球范围内系统性研究水文气候如何影响森林N2O排放的研究仍然缺乏。
本研究旨在通过现场观测和多源遥感数据，系统量化水文气候对全球森林（从热带到北方森林）N2O排放的影响。具体目标是：（a）调查水文气候因素和N2O排放是否存在从热带到北方森林的明确纬度梯度；（b）确定水文气候因素对N2O排放纬度梯度的贡献。
研究利用全球69个森林生态系统现场观测数据，结合多源遥感和格网数据，分析了不同纬度（热带、温带和北方森林）下的水文气候因素（如年辐射、年均温、蒸散量等）和N2O排放的相关性。采用线性回归和随机森林模型，评估了不同环境因素对N2O排放的贡献。
研究发现，水文气候因素主导了森林N2O排放的纬度梯度，N2O排放随纬度增加而减少，热带森林的N2O排放最高，其次是温带和北方森林。具体而言，水文气候因素对N2O排放的贡献率为78.2%，而土壤因素的贡献率为21.8%。其中，降水量、蒸散量和入射辐射是最重要的水文气候因素。研究还发现，土壤质地（如粘土和粉砂）对水文条件（如径流和水分填充孔隙度）有显著影响。
研究表明，水文气候在全球森林N2O排放中具有显著作用，建议在未来的气候变化预测模型中纳入这些因素，以提高模型的准确性。此外，呼吁进一步研究辐射、蒸散量和蒸汽压亏缺等水文气候因素与N2O排放之间的关系，以更好地理解森林生态系统的氮循环。
图1.69 个研究地点的分布。
图2. 研究地点的气候。a 三种森林类型的全球干旱指数 (AI) 模式。颜色条表示 AI 的值。b 纬度与干旱指数之间的关系。图中显示显著性 (p < 0.05) 时的 R2 和 p 值。 回归线（黑线），95% 置信区间（沿线的灰色阴影）。c 热带至北方森林地区的 AI 平均值。
图3.全球森林 N2O 通量排放。 a 全球 N2O 通量模式。b 纬度与 N2O 通量的关系。图中显示显著的 R2 和 p 值（p < 0.05）。 回归线（黑线），95% 置信区间（沿线灰色阴影）。N2O 通量数据在回归分析前进行了对数（LN）变换。c 热带至北方森林的 N2O 通量平均值（平均值 ± SD）。
图4. 纬度和森林类型沿线水文气候因子的变化。a Rin（年平均太阳辐射）。b MAT（年平均气温）。cVPD（年平均水汽压差）。d MAP（年平均降水量）。e ET（实际年蒸散量）。f 径流。g SM（土壤水分）。h WFPS（充满水的孔隙空间）。图中显示了显著的 R2 和 p 值（p < 0.05）。 回归线（黑线），95% 置信区间（沿线的灰色阴影）。 每个图中都显示了热带（蓝色）、温带（橙色）和北方（红色）森林不同变量的平均值（平均值±SD）。
图5.环境因子与N2O通量排放的相关性。a环境因子与N2O通量排放的线性回归分析。仅显示具有显著（p < 0.05）相关性的拟合线。回归线（虚线），95％置信区间（沿线阴影）。数据在回归分析前进行了对数变换。b各因子与N2O通量排放的线性回归分析的R2，小于0表示负相关，大于0表示正相关。[小编认为这个应该是r，不是R2？]
图6.水文气候和土壤因素对 N2O 通量排放的相对影响。重要性值（贡献，%）来自随机森林分析。数据在分析前进行了对数变换。条形图和环形图表示不同因素对 N2O 通量排放的相对影响。
图7.土壤质地与水分状况的关系。土壤粉砂含量对径流（a）、ET（b）和WFPS（c）影响的线性回归分析。土壤黏粒含量对径流（d）、ET（e）和WFPS（f）影响的线性回归分析。
图8.水文气候过程影响N2O通量的概念图。 a水文气候过程主导土壤干旱和再湿润。b主导不同森林N2O通量排放的四种主要潜在机制的比较概念图。不同颜色的虚线箭头代表不同因素对N2O影响的途径，箭头越粗，影响越大。橙色、紫色、深蓝色和浅蓝色分别代表温度、粘土、干湿交替和ET影响N2O通量的途径。 红色实线箭头代表N2O通量。Rin入射短波辐射、MAT年平均温度、VPD水汽压差、MAP年降水量、ET蒸散量、WFPS充满水的孔隙空间。
