確保對森林多樣性的保護保證了它們的生產力，並擁有加強土壤中碳和氮積累的潛力。這反過來有助於保持土壤肥力和應對全球氣候變化。這是一項新研究的主要收穫，該研究分析了加拿大國家森林目錄中數百個地塊的數據，以調查樹木多樣性與天然森林中土壤碳和氮的變化之間的關係。

眾多的生物多樣性操縱實驗共同表明，更高的樹木多樣性可以導致森林土壤中碳和氮的更大積累。但據作者說，4月26日在線發表在《自然》雜誌上的這項新研究，是第一次在天然林中顯示出類似的結果。

研究人員使用一種叫做結構方程模型的統計方法來評估樹木多樣性與土壤碳和氮積累之間的關係。他們發現，在十年的時間尺度上，樹木多樣性的增加使土壤碳儲存提高了30%到32%，氮儲存提高了42%到50%。

“我們的研究首次顯示了樹木多樣性在天然森林中儲存土壤碳和氮方面的持續益處，”研究的主要作者、麻省理工學院全球變化生物學研究所的博士後交流研究員和阿爾伯塔大學的博士後陳新立說。

“研究結果強調，促進樹木的多樣性不僅可以提高生產力，還可以緩解全球氣候變化，減少土壤退化。而且多樣性紅利的規模很大。它加強了森林中生物多樣性保護的重要性，並將指導利用森林進行碳和氮封存的日益增長的努力。”

研究人員通過比較兩次國家森林資源目錄樣本地普查的數據，計算出土壤碳和氮儲存隨時間的變化，一次是2000-2006年，另一次是2008-2017年。

他們將樹木多樣性量化為物種豐富度、物種均勻度以及基於樹木功能特徵的功能多樣性。

物種豐富度是指樣本地塊中樹種的數量，而物種均勻度是對樹種相對豐度的衡量。功能多樣性是指一個群落中樹種的功能特徵的多樣性–例如葉子的氮含量和成年樹的高度。

研究小組發現，將物種均勻度從最小值增加到最大值，可使有機土壤層的碳儲存量增加30%，氮儲存量增加42%。將樹木的功能多樣性提高到其最大值，可使土壤礦物層的碳儲存量提高32%，氮儲存量提高50%。

研究報告的共同作者、森林生態學家、全球變化生物學研究所所長Peter Reich說：”我們發現，更大的樹木多樣性與更高的土壤碳和氮積累有關，驗證了生物多樣性操縱實驗的推斷。”

“物種的更大多樣性轉化為不同類型的樹木的混合，具有不同的獲取和儲存生物量的方式–既在活的樹幹、根、樹枝和樹葉中，也在土壤上和土壤中新死亡和腐爛的植物碎屑中。”

加拿大的國家森林目錄數據庫是基於一個覆蓋該國大部分陸地的地塊網絡。這項新研究分析了361個地塊的有機土壤地平線樣本和245個地塊的礦物土壤地平線樣本。這些地塊是冷杉、楓樹、樺樹、雲杉、松樹、楊樹、雪松和鐵杉等各種樹種的家園。

森林土壤在封存光合作用期間從地球變暖的二氧化碳氣體中提取的碳方面發揮著重要作用。這些土壤儲存的碳至少是活體植物的三倍。

氮是推動森林生態系統中碳同化和植物生長的重要營養物質。植物多樣性在全球範圍內迅速減少，導致生態系統功能的退化，包括土壤的功能。