文章信息：Jinglan Cui, Miao Zheng, Zihao Bian, et al. (2024). Elevated CO2 levels promote both carbon and nitrogen cycling in global forests. Nature Climate Change, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41558-024-01973-9.
整理人：杨文，2023级硕士生
整理时间：2024年4月20日
Abstract:Forests provide vital ecosystem services, particularly as carbon sinks for nature-based climate solutions. However, the impact of elevated atmospheric carbon dioxide (CO2) levels on carbon and nitrogen interactions of forests remains poorly quantified. We integrate experimental observations and biogeochemical models to elucidate the synergies between enhanced nitrogen and carbon cycling in global forests under elevated CO2. Elevated CO2 alone increases net primary productivity (+27%; 95% CI: 23–31%) and leaf C/N ratio (+26%; 95% CI: 16–39%), while stimulating biological nitrogen fixation (+25%; 95% CI: 0–56%) and nitrogen use efficiency (+32%; 95% CI: 5–65%) according to a global meta-analysis. Under the elevated CO2 middle-road scenario for 2050, the forest carbon sink is projected to increase by 0.28 billion tonnes (PgC yr−1), with reactive nitrogen loss decreasing by 8 Tg yr−1 relative to the baseline. The monetary impact assessment of the elevated CO2 impact on forests represents a societal value of US$271 billion.
摘要：森林提供重要的生态系统服务，特别是作为基于自然的气候解决方案的碳汇。然而，大气二氧化碳水平升高对森林碳氮相互作用的影响仍然难以量化。我们整合了实验观测和生物地球化学模型，以阐明在二氧化碳浓度升高的情况下，全球森林中氮和碳循环增强之间的协同作用。根据一项全球荟萃分析，单独增加二氧化碳可提高净初级生产力（+27%；95%置信区间：23-31%）和叶片C/N比（+26%；95%置信度：16-39%），同时刺激生物固氮（+25%；95%置信指数：0-56%）和氮利用效率（+32%；95%置信系数：5-65%）。在2050年二氧化碳浓度升高的中间道路情景下，森林碳汇预计将增加2.8亿吨（PgC yr−1），活性氮损失减少8 Tg yr−1相对于基线。对二氧化碳增加对森林影响的货币影响评估的社会价值为2710亿美元。
图 全球eCO2实验点以及eCO2对全球森林碳和氮变量的影响
a、采用多种熏蒸技术在森林中进行的eCO2实验，包括FACE、Open-Top Chamber（OTC）和GC（主要是Greenhouse、Growth Chamber等方法）。b，荟萃分析中关键碳循环和氮循环参数对eCO2的响应比。散点图表示观测值的响应比，带有误差条的菱形表示具有95%置信区间的响应比的平均值。括号中的数字表示观察的数量。Rs，土壤呼吸；SOC，土壤有机碳；DOC，溶解有机碳；MBC，微生物生物质碳；MBN，微生物生物量氮。
图 2050年全球森林碳汇和氮收支及其在eCO2 SSP2-4.5中间路线情景与基线情景之间的变化
a-c，基线情景(a)和eCO2情景(b)中的碳汇（净生物群落生产力）和 ΔC汇（eCO2引起的变化）(c)。d–f、基线情景(d)和eCO2情景(e)中的N输入以及 ΔN输入（eCO2引起的变化）(f)。g–i，基线情景(g)和eCO2情景(h)中的N产品以及 ΔN产品(i)。j–l，基线情景(j)和eCO2情景(k)中的Nr损失以及 ΔNr损失(l)。图例中的值反映了网格单元(0.5° × 0.5°)内森林的年度预算。
图 全球森林中的氮流量以及由于二氧化碳相对于2050年基线升高而产生的变化
a，2050年eCO2 SSP2–4.5中间道路情景下全球森林中氮预算的示意图。绿色和黄色箭头分别代表氮输入和输出。深灰色的氮流量值代表基线情景中的流量，红色或蓝色值表示由于CO2升高而导致氮流量增加(+)或减少(–)。单位为Tg yr−1 N。b，1950-2050年基线和eCO2 SSP2-4.5情景下的历史和未来大气CO2水平。
图 2000年至2050年期间基准情景和高二氧化碳情景下全球森林碳和氮预算的时间序列
a-f，实线代表森林面积（a）、碳汇（b）、总氮输入（c）、林产品（d）、氮积累（e）和Nr损失（f）的平均值。阴影代表平均值的标准差。
图 相对于2050年基线，在二氧化碳浓度升高的中间情景(SSP2-4.5)下，大气二氧化碳浓度升高作为单一因素对森林的影响评估
正值表示效益。FSU，前苏联；中东和北非、中东和北非；OECD，经济合作与发展组织；SSA，撒哈拉以南非洲。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-024-01973-9#citeas
节选转引：https://mp.weixin.qq.com/s/6lp8hcuLFdHYAG_e4npYhQ
