Biological Nitrogen Fixation in Two Tropical Forests: Ecosystem-Level Patterns and Effects of Nitrogen Fertilization

环境科学 森林地面 生态系统 固氮 天蓬 土壤水分 森林生态学 生态学 固氮酶 热带和亚热带湿润阔叶林 陆地生态系统 农学 亚热带 氮气 生物 土壤科学 化学 有机化学
作者
Daniela Cusack,Whendee L. Silver,William H. McDowell
出处
期刊:Ecosystems [Springer Science+Business Media]
卷期号:12 (8): 1299-1315 被引量:149
标识
DOI:10.1007/s10021-009-9290-0
摘要

Humid tropical forests are often characterized by large nitrogen (N) pools, and are known to have large potential N losses. Although rarely measured, tropical forests likely maintain considerable biological N fixation (BNF) to balance N losses. We estimated inputs of N via BNF by free-living microbes for two tropical forests in Puerto Rico, and assessed the response to increased N availability using an on-going N fertilization experiment. Nitrogenase activity was measured across forest strata, including the soil, forest floor, mosses, canopy epiphylls, and lichens using acetylene (C2H2) reduction assays. BNF varied significantly among ecosystem compartments in both forests. Mosses had the highest rates of nitrogenase activity per gram of sample, with 11 ± 6 nmol C2H2 reduced/g dry weight/h (mean ± SE) in a lower elevation forest, and 6 ± 1 nmol C2H2/g/h in an upper elevation forest. We calculated potential N fluxes via BNF to each forest compartment using surveys of standing stocks. Soils and mosses provided the largest potential inputs of N via BNF to these ecosystems. Summing all components, total background BNF inputs were 120 ± 29 μg N/m2/h in the lower elevation forest, and 95 ± 15 μg N/m2/h in the upper elevation forest, with added N significantly suppressing BNF in soils and forest floor. Moisture content was significantly positively correlated with BNF rates for soils and the forest floor. We conclude that BNF is an active biological process across forest strata for these tropical forests, and is likely to be sensitive to increases in N deposition in tropical regions.
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