フィールド温暖化が陸域生態系の窒素循環に与える影響：地球規模のパターンと将来の傾向

科学分野:

• 生態学
• 生物地球化学
• 気候科学

背景:

• 窒素循環は、生態系の生産性と炭素貯留にとって重要である。
• 気候温暖化が窒素循環に与える影響は十分に理解されていない。
• 既存のモデルは、温暖化の影響に関して経験的データとの間に乖離を示している。

研究 の 目的:

• 気候温暖化に対する陸域窒素循環の地球規模の応答を包括的に評価すること。
• 窒素循環に関する経験的データとモデルシミュレーション（CLM5-BGC）を比較すること。
• 温暖化条件下での窒素循環に影響を与える主要な要因を特定すること。

主な方法:

• 413件の野外温暖化実験からの7,941件の観測値からなる地球規模のデータセットを編集した。
• データ分析にランダムフォレスト回帰を使用した。
• 比較のためにCommunity Land Model（CLM5-BGC）シミュレーションを採用した。

主要な成果:

• 野外での温暖化は窒素循環を加速させ、亜酸化窒素（N₂O）排出量、鉱化作用、硝化作用、脱窒作用を増加させた。
• 土壌無機窒素は増加したが、植物窒素は安定していた。
• 温暖化は窒素制限を緩和し、より開かれた窒素循環を促進した。土壌水分、生態系タイプ、温暖化の規模が主要な駆動力となった。
• ランダムフォレストモデルは、温暖化の規模に伴うN₂O排出量と硝化作用の増大を示した。
• CLM5-BGCシミュレーションは、鉱化作用における弱い応答と負の変化を示し、著しく乖離した。

結論:

• 陸域窒素循環は、以前考えられていたよりも気候温暖化に対して敏感である。
• モデルとデータの乖離は、特に微生物プロセスに関して、現在のモデルの限界を示唆している。
• 正確なクロススケール生態学的データ合成には、多様な分析アプローチの統合が不可欠である。