Forscher identifizieren eine Nährstoffanreicherung, die durch die Umverteilung des Regens im Blätterdach verursacht wird

Niederschlag ist durch seine Wechselwirkungen mit atmosphärischer Ablagerung und Abfangen von Baumkronen eng mit dem Nährstoffkreislauf verbunden, was seine eigenen chemischen Eigenschaften verändert. Durchfall und Stammabfluss befördern zahlreiche Elemente in den Boden und beeinflussen nicht nur die Struktur der Bodenmikrobengemeinschaften, das Überleben einzelner Pflanzen und die Sukzession von Pflanzengemeinschaften, sondern regulieren auch die Struktur und Funktion des Ökosystems. Dies stellt einen wichtigen ökologischen Prozess dar, der Atmosphäre, Phyllosphäre und Rhizosphäre verbindet.

Im Vergleich zu den hydrologischen Prozessen der Umverteilung von Baumkronenniederschlägen mangelt es nach wie vor an fundiertem Wissen über Nährstofftransportmechanismen und -auswirkungen, insbesondere an der unzureichenden Erkennung des allgemeinen Musters der Nährstoffanreicherung auf der Grundlage von Vergleichen zwischen typischen bioklimatischen Zonen rund um den Globus.

In einem veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft China Geowissenschaftenanalysierten die Forscher eine Reihe englischer und chinesischer wissenschaftlicher Arbeiten, die seit Beginn dieses Jahrhunderts veröffentlicht wurden, und konzentrierten sich dabei auf die Nährstoffanreicherung, die durch die Umverteilung des Regens in Baumkronen verursacht wird. Durch die Untersuchung von 1.020 Artikeln aus den Datenbanken Web of Science und CNKI aus den Jahren 2000 bis 2022 wurden Schlüsselionen identifiziert, die für das Überleben der Pflanzen von entscheidender Bedeutung sind, darunter K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Cl−, NO3−, SO42−, und ihre Konzentrationen berechnet werden und Auslaugungskoeffizienten.

Nährstoffmenge und Anreicherungskapazität wurden verglichen, um ein allgemeines Muster der Nährstoffanreicherung in verschiedenen Niederschlagszonen (arid und halbarid, feucht und halbfeucht und extrem feucht), Temperaturzonen (tropisch, warm-gemäßigt und kalt-gemäßigt) zu ermitteln. Pflanzenlebensformen (Bäume und Sträucher), Blattmorphologien (Nadelbäume und Laubbäume), Blattgewohnheiten (immergrün und laubabwerfend), Waldtypen (rein und gemischt) und Ökosystemtypen (natürlich und künstlich).

Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Nährstoffanreicherung in terrestrischen Ökosystemen, die durch die Umverteilung des Regens in den Baumkronen vorangetrieben wird, die Prozesse der Nährstoffzufuhr, des Nährstofftransports und der Nährstofffreisetzung umfasst. Die aerodynamischen Eigenschaften des Blätterdachs, insbesondere während der Vegetationsperiode, beeinflussen die Nährstofftransportmechanismen.

Komplexe Baumkronenstrukturen mit komplizierten Ästen und Blättern haben eine höhere Kapazität, trockene atmosphärische Ablagerungen aufzufangen als nasse Ablagerungen. Die Rückstände und Ausscheidungen von Arten, die in Baumkronen leben, machen die Nährstoffquellen komplexer und machen Nährstoffbilanzanalysen erforderlich, um die Rolle der Baumkronen als Nährstoffquelle oder -senke zu verstehen.

Darüber hinaus beeinflusst das Zusammenspiel von meteorologischen Bedingungen, Pflanzenmerkmalen und Eigenschaften gelöster Stoffe die Nährstoffanreicherung im Durchlauf und Stammfluss. Obwohl diese Faktoren in der aktuellen Forschung häufig unabhängig voneinander analysiert werden, um die Quantifizierung zu erleichtern, gelingt es diesem Ansatz nicht, die zugrunde liegenden Mechanismen, die die Nährstoffanreicherung beeinflussen, vollständig zu erfassen.

Es wurde über ein globales Muster der Nährstoffmenge und -anreicherung berichtet, das durch die Umverteilung der Regenfälle im Blätterdach verursacht wird. Die durchschnittliche Ionenkonzentration im Stammstrom (6,13 mg L−1) ist 2,1-mal höher als im Durchfluss. SO42− (12,45 und 6,32 mg L−1) und Cl− (9,21 und 4,81 mg L−1) weisen die höchsten Konzentrationen sowohl im Stammfluss als auch im Durchfall auf, während K+ (13,7 und 5,8) und Mg2+ (5,6 und 2,8) die höchsten Konzentrationen aufweisen Auslaugungskoeffizienten. In verschiedenen Niederschlagszonen weisen extrem feuchte Regionen die niedrigsten Ionenkonzentrationen im Durch- und Stammfluss, aber die höchsten Auswaschungskoeffizienten auf.

Aufgrund von Energieengpässen ist die Vegetation in Regionen mit höheren Temperaturen häufig weit verbreitet. Starke Transpiration und Verdunstung beschleunigen den regionalen Wasserdampfkreislauf, was in Kombination mit erhöhter Niederschlagshäufigkeit und -menge zu einer teilweisen Verdünnung der Ionenkonzentrationen führt. Die kalte gemäßigte Zone weist daher die höchsten Ionenkonzentrationen auf, während die Auslaugungskoeffizienten keinen klaren Trend mit zunehmender Temperatur zeigen.

In Bezug auf Pflanzenfunktionstypen und Ökosystemtypen weisen Sträucher, Nadelbäume, Mischwälder und künstliche Ökosysteme im Vergleich zu Bäumen, Laubpflanzen, Reinwäldern und natürlichen Ökosystemen eine stärkere Fähigkeit zur Nährstoffanreicherung auf. Ihre Ionenauslaugungskoeffizienten sind 1,1- bis 3,0-mal höher als die letzteren.

Die Forscher betonen einen Mangel an Verständnis hinsichtlich der höheren Effizienz der Nährstoffanreicherung durch Stammstrom, trotz der wohlbekannten Vorteile der Nährstoffanreicherung durch Durchfluss. Die aktuelle Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf das Abfangen von Baumkronen in natürlichen Ökosystemen mit Laubbaumarten, wobei Sträuchern, Nadelbäumen und künstlichen Ökosystemen, die eine größere Fähigkeit zur Nährstoffanreicherung aufweisen, nur begrenzte Aufmerksamkeit gewidmet wird.

Der Artikel schlägt gezielte Richtungen für die zukünftige Forschung vor. Obwohl die Lücken in der aktuellen Forschung anerkannt werden, besteht auch die Notwendigkeit, Wurzelfunktionsmerkmale, den bevorzugten Bodenfluss und hydraulische Erosionsprozesse im Boden zu analysieren. Diese umfassende Bewertung ist notwendig, um die Auswirkungen des gesamten Niederschlagsumverteilungsprozesses, einschließlich Blätterdach und Boden, auf die Nährstoffanreicherung, den Transport und die Umwandlung zu bewerten.