全球数据集研究揭示了灰尘在山区生态系统中的重要作用

与内在基岩提供的养分相比，在内华达山脉南部的秃头山花岗岩上生长的树木依赖于被风吹散的大气尘埃中的养分(超过50%)。

怀俄明大学的研究人员领导了一项研究，通过测量基岩中钕的同位素，土壤，灰尘和活树中的松针的同位素发现了这一令人惊讶的结果。使用这个受严格限制的系统，该小组能够结合全球数据显示该现象不仅限于内华达山脉，而且外来粉尘可能使全球许多地方的植物受精。

内华达山脉的树木正利用灰尘来获取营养，”西澳大学地质与地球物理系副教授克利夫·里贝(Cliff Riebe)说。“这是一个新颖的发现。”

里贝(Riebe)是论文的第二作者，该论文的标题为“向Montane生态系统提供灰尘和基岩营养的全球模式”，该论文今天(12月6日)发表在《科学》的后继刊物《科学进展》上。该在线杂志发表了重要的，创新的原创研究成果，这些研究成果开拓了科学的前沿领域，并扩展了《科学》确立的卓越标准。

该论文的主要作者是来自芝加哥的UW硕士学位的Lindsay Arvin，主修地质学和地球物理学。2015年夏季，Arvin在内华达山脉(主要是针叶林栖息地)采集了活松针样品。

那个秋天晚些时候，阿文前往密歇根大学的萨拉·阿西耶戈(Sarah Aciego)的实验室，在那里她与密歇根大学的研究生莫莉·布拉科夫斯基(Molly Blakowski)一起工作，处理样品。他们特别对提取钕感兴趣，钕是元素周期表中与含磷矿物质有关的元素，而磷矿物质是植物营养的重要来源。

“钕和磷在化学行为上的相似性使钕同位素成为追踪植物系统中磷吸收的有用类似物，”现为西澳大学副教授的Aciego说。“在这种情况下，我们能够从两种来源中找到钕-来自亚洲和加利福尼亚中部山谷的外国粉尘，以及花岗岩基岩。”

“我们使用了两个指纹来追踪营养。灰尘具有一个同位素指纹，基岩具有另一个同位素指纹，” Riebe解释说。松针显示了两个指纹的混合程度。土壤也显示出两者的混合。”

这些结论表明，灰尘来源的养分对山区生态系统可能至关重要-即使基岩养分的供应量很大，论文得出结论。

尽管其他研究表明灰尘可以增加生态系统中的总元素通量，但这是第一项量化钕和磷(从代理人到灰尘)向植物的转移的研究，” Aciego解释说。“此外，这种影响要比我预期的要高得多，这表明尘埃中的元素对全球生态系统的影响可能比以前假设的要大得多。”

先前的一些研究已经量化了在稳定或缓慢侵蚀的景观中灰尘来源养分的吸收。但是，只有少数几个人对山地生态系统中粉尘来源的养分进行了量化，且侵蚀率很高。

里贝说，他的研究小组采用了两个现有的数据集-一个全球腐蚀率数据库(2011年编制)和一个全球尘埃通量模型(2014年创建)-来研究全球尘埃的影响。

里贝说：“以前的数据集的这种结合使我们能够看到尘土在世界上最重要的地方。” “一个令人惊讶的发现是，在许多地方，包括阿巴拉契亚山脉和西欧，灰尘可能比以前认为的更为重要。”

美国国家科学基金会(National Science Foundation)计划主任Richard Yuretich说：“地球的“临界区”概念为我们提供了一个从更大的角度观察环境并了解被认为是区域性过程的全球影响的框架。美国国家科学基金会(NSF)的关键区天文台计划，该研究得到了资助。“这项研究表明，即使在大气环境中贡献不明显的情况下，在全世界大气中运输的灰尘也是植物所有养分的重要来源。地球通常以令人惊讶的方式维持其平衡。”

里伯认为他的最新研究与UW于9月份获得的为期五年，美国国家科学基金会(NSF)提供的2,000万美元赠款有关，该款项将用于微生物研究。科学家希望使用包括DNA测序和计算模型在内的尖端技术来了解微生物的分布和生态后果，从而得出有助于怀俄明州人应对各种挑战的见解，从管理牧场，森林和水资源到开垦受矿产开采干扰的地区，以提高农作物的生产力。

“来自不同来源的粉尘中的微生物群落可能不同，” Riebe说。“作为下一个怀俄明州EPSCoR(刺激竞争研究的既定计划)计划的一部分，我们可以尝试了解来自遥远源头的灰尘是否正在影响怀俄明州的微生物组。可能来自红色沙漠或亚洲。”