科学家从枯枝落叶发现全球变化的痕迹！

六合玄黄，宇宙洪荒。约38亿年前，地球上诞生第一个生命，迈过几十亿年漫漫时光，在距今约240万年前，强人起头尝试着利用石器，由这人类出现。
回首浩大的生命过程，也是俯瞰生命与情况相处的历史。已知万万生灵的诞生、进化和扑灭以后，我们不由思考：什么是我们保存的情况？什么是自然？我们与自然是什么关系？我们该若何与自然相处？

黑龙江省大兴安岭冬季雪景（寒温带森林）

（图片来历：veer图库）

对人与自然关系的研讨古来有之，人们对风霜雨雪、日升月落的冗长观察更是诞生出了大师耳熟能详的《二十四节气歌》。但天气并非原封不动，出格是在全球变化日益明显的明天。
自18世纪产业反动以来，很多报酬题目，例如大量利用氮肥、烧毁物净化、温室气体增加和土壤净化等已经极大地影响了我们保存的情况。“若何在全球变化的布景下庇护我们赖以保存的自然”就是我们这一代人需要面临的题目。
凋谢物的分化

来自太阳的光能和空气中的二氧化碳（CO2）被动物叶片的光合感化转化为淀粉，能量和物资由此进入生态系统；当春季到临，树木抖落下枯枝落叶（凋谢物），它们便成为土壤生物的食粮，被土壤中的动物、真菌和细菌分化腐蚀，能量逐步流失、一部分物资继续循环、一部分物资被封存于地下。
从某种水平上来说，分化感化是光合感化的“逆进程”。假如没有分化感化，我们的地球会被各类生物残体所堆满，能量活动和物资循环也会堕入障碍。而假如分化感化的速度进步，那末保存在土壤中的碳就会以CO2的形式开释出来，加重温室效应和全球变暖。
陆地、河流、草原、沙漠、沼泽……在地球纷纷复杂的生态系统中，森林是最复杂、最完整也最有“弹性”的生态系统，而位于北半球的温带森林土壤中贮存了大量的碳，是不成疏忽的庞大碳库。

五彩缤纷的枯叶和树枝

（图片来历：veer图库）

经过很多凋谢物持久分化尝试，现在学界普遍以为天气、分化者和凋谢物资量是凋谢物分化速度的首要调控因子，并在此根本上提出了“凋谢物分化三角形”以诠释凋谢物的分化机制。
在天气身分中，温度与降水量是分化感化在全球水平上的首要驱动因子。分化者则包括细菌、真菌和土壤动物。分化者的活性越强，其主导的分化感化速度越快。凋谢物资量包括的内容就更多了，大要可以分为凋谢物的化学性状（化学物资的品种与含量）与结构性状（例如叶片外形）。
其中，氮含量是一个很是重要的目标。由于森林中的分化者首要经过度化凋谢物来获得保存所必须的能量和氮元素，因这人们持久以来都以为“氮含量越高的凋谢物，分化速度越快”。而这大多是基于短期尝试得出的结论，但凋谢物分化是一个延续数年至数十年的缓慢进程。
同时，在全球变化确当下，由于化石燃料的熄灭和过量施用化肥，很多氮元素进入生态系统，这加速了地球的氮沉降进程，也能够会影响动物的氮含量和凋谢物的质量，进而影响分化感化的速度。
为期10年的温带森林凋谢物分化尝试

分歧树种的凋谢物氮含量分歧，是以，我们沈阳利用生态研讨所的研讨职员汇集了62种中国温带森林草本动物的凋谢物，停止了为期10年的田野分化尝试。在尝试的前5年，氮浓度较高的凋谢物的分化速度快于氮浓度较低的凋谢物。

掉落的树叶

（图片来历：veer图库）

可是从第6年起头，这个形式发生了逆转，高氮含量凋谢物的分化速度逐步下降。到分化竣事时，高氮含量树种的均匀凋谢物残留量是低氮含量树种的1.78倍。这说明氮含量较低的凋谢物分化水昭雪而更大。
分化微生物的残体可以用氨基糖暗示，为了摸索上述成果能够的缘由和分化者在这个进程中的活动，我们利用同位素来标志该尝试中的凋谢物氨基糖。从第6年起头，凋谢物的残余质量值与氨基糖浓度呈正相关。
上面的两个成果能为我们描写该个尝试进程中发生了什么：氮含量高的凋谢物吸引了很多微生物分化者，是以在前期快速分化；随着分化进程，很多微生物产物和残体堆集在高氮凋谢物上，它们牢牢连系，抑制了分化感化的进一步停止；是以尝试进程出现了反转，与低氮含量凋谢物相比，高氮含量凋谢物的分化更不完全。
那对于同一个温带森林树种来说，上述纪律能否也建立呢？
我们挑选了叶片质量相差很大的两类树种（五角槭和蒙古栎）停止了为期6年的叶面施氮尝试。在这两个树种的6年分化期中，经过富氮处置的叶片分化速度更快；但3年后，这些叶片的分化速度起头下降。这表白在同一温带树种内，氮浓度和分化感化的关系也会随时候而逆转。

五角槭 （Acer pictum subsp. Mono）

（图片来历：中国动物图像库）

蒙古栎（Quercus mongolica）

（图片来历：中国动物图像库）

不外上面的一切尝试都是在我国境内停止的，那末这个法则在天下范围的温带森林中能否也行之有用呢？

智利科尔科瓦多国家公园的温带森林

（图片来历：veer图库）

我们汇集了32项已颁发的持久分化尝试，建立了包括120个物种、437个丈量值的数据库，初次测试寒温带和温带森林中凋谢物氮含量与凋谢物残剩质量之间能否存在普遍关系。
数据库中凋谢物的氮浓度范围相差约11倍，但成果表白分歧树种凋谢物氮含量与凋谢物残剩质量照旧呈正相关。这也就是说，在天下范围的寒温带和温带森林中，凋谢物的氮含量越高，分化感化发生的凋谢物残剩质量越大。
凋谢物氮含量与分化感化速度的关系能够逆转

处于信息反动的现代，科学家们会应用各类模子停止猜测，例如平常的天气预告、城市成长对地盘的能够影响、农牧业的治理、模拟天气，甚至模拟地球自己……但模子并不是完全正确的。对于一个投入利用的模子来说，合适科学究竟的框架、完善的参数设备、充足的数据量……缺一不成。
在很多已有的生态系统模子和地球系统模子中，常将凋谢物氮含量和分化感化速度的关系肯定为反比例关系，可是我们的研讨成果表白：随着时候的推动，这类反比例关系会出现逆转。

生态好天下，绿色天下的理念

（图片来历：veer图库）

我们也许需要点窜相关参数，将凋谢物氮含量对分化感化速度的分阶段影响归入相关研讨中，由于经过度化早期的影响因子猜测持久的分化静态能够会发生误导。在大气氮沉降增加、天气条件变化和其他情况变化的情况下，凋谢物基质氮含量对分歧分化阶段的对照效应对于人们了解和改良猜测未来陆地生态系统碳循环相当重要。
也许有人会提出疑问。和碳元素类似，我们晓得氮元素在自然界的存在方式分为有机态和无机态，那末什么样的尝试才是模拟的“实在的”氮沉降呢？有机氮和无机氮的区分会对成果发生影响吗？氮元素对分化进程的感化道理到底有几条途径呢？它会和其他元素发生交互影响吗……
我们眼光之所及，只是前方的一小段路。可是我们照旧可以看到，孑然真理在重重迷雾前期待着有志之士。
参考文献：
[1] M. A. Bradford, B. Berg, D. S. Maynard, W. R. Wieder, S. A. Wood, Understanding the dominant controls on litter decomposition [J]. The Journal of Ecology, 2016, 104, 229-238.
[2] A. M. Turing. Computing Machinery and Intelligence [J]. Mind, 1950, 49: 433-460.
出品：科普中国
作者：张云宇 孙涛（中国科学院沈阳利用生态研讨所）
监制：中国科普博览


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氮元素，影响，衰老。