N2O是重要的温室气体，土壤排放的N2O总量占全球N2O排放总量的三分之二。土壤排放的N2O主要来自硝化和反硝化过程，它们对全球变化的响应较为敏感。白娥教授团队应用DayCent模型模拟长白山阔叶红松林在自然状态、气候变暖、CO2浓度升高、氮沉降增加、年降水增加四个全球变化因子及其组合等16个场景下的植物-土壤氮循环过程；并分析植物氮素吸收、土壤氮矿化、硝化、反硝化过程及土壤N2O排放对不同全球变化场景的响应。
模拟结果显示四个全球变化因子中氮沉降增加对长白山阔叶红松林土壤氮循环和土壤N2O排放影响最大；而全球变化因子组合的场景中，CO2浓度升高且氮沉降增加对植物-土壤氮循环过程产生最强的交互效应(图1)。与文献中控制实验的结果相比较，气候变暖和氮沉降增加场景下模拟结果和控制实验结果一致性较好；由于控制实验结果一致性较差或缺少相关控制实验数据，CO2浓度升高和年降水增加的模拟结果不确定性较高。
图1：模型预测2100年各个氮循环过程在不同情景下的速率。T：逐步增温3.3°C; P:年均降水逐步增加9%; C:大气CO2浓度逐步增加至700 p.p.m.; N:大气氮沉降速率在2050年逐步增加至50 kg N ha–1yr–1然后保持不变至2100年。其他情景为上述两种或多种因素组合。
N2O在大气中的生命期为114年，为此作者计算了N2O百年累积排放量(2001-2100年,图2)。尽管森林土壤对沉降的活性氮起着氮汇的作用，包含氮沉降增加的全球变化场景通常具有较高的N2O百年累积排放量。气候变暖、氮沉降增加和降水增加三因子同时作用的场景具有最高的N2O百年累积排放量，在这一场景下N2O的累积排放量比自然状态下多24.4%。
图2：模型预测2000年至2100年不同情景下土壤N2O排放累积量。情景符号同上。
本研究指出全球变化因子的交互作用对植物-土壤氮循环过程的重要性。研究得到重点研究计划和国家自然科学基金的支持。戴崴巍为第一作者，白娥为通讯作者。
