全球數據集研究揭示了灰塵在山區生態系統中的重要作用

與內在基巖提供的養分相比，在內華達山脈南部的禿頭山花崗巖上生長的樹木依賴于被風吹散的大氣塵埃中的養分(超過50%)。

懷俄明大學的研究人員領導了一項研究，通過測量基巖中釹的同位素，土壤，灰塵和活樹中的松針的同位素發現了這一令人驚訝的結果。使用這個受嚴格限制的系統，該小組能夠結合全球數據顯示該現象不僅限于內華達山脈，而且外來粉塵可能使全球許多地方的植物受精。

內華達山脈的樹木正利用灰塵來獲取營養，”西澳大學地質與地球物理系副教授克利夫·里貝(Cliff Riebe)說。“這是一個新穎的發現。”

里貝(Riebe)是論文的第二作者，該論文的標題為“向Montane生態系統提供灰塵和基巖營養的全球模式”，該論文今天(12月6日)發表在《科學》的后繼刊物《科學進展》上。該在線雜志發表了重要的，創新的原創研究成果，這些研究成果開拓了科學的前沿領域，并擴展了《科學》確立的卓越標準。

該論文的主要作者是來自芝加哥的UW碩士學位的Lindsay Arvin，主修地質學和地球物理學。2015年夏季，Arvin在內華達山脈(主要是針葉林棲息地)采集了活松針樣品。

那個秋天晚些時候，阿文前往密歇根大學的薩拉·阿西耶戈(Sarah Aciego)的實驗室，在那里她與密歇根大學的研究生莫莉·布拉科夫斯基(Molly Blakowski)一起工作，處理樣品。他們特別對提取釹感興趣，釹是元素周期表中與含磷礦物質有關的元素，而磷礦物質是植物營養的重要來源。

“釹和磷在化學行為上的相似性使釹同位素成為追蹤植物系統中磷吸收的有用類似物，”現為西澳大學副教授的Aciego說。“在這種情況下，我們能夠從兩種來源中找到釹-來自亞洲和加利福尼亞中部山谷的外國粉塵，以及花崗巖基巖。”

“我們使用了兩個指紋來追蹤營養。灰塵具有一個同位素指紋，基巖具有另一個同位素指紋，” Riebe解釋說。松針顯示了兩個指紋的混合程度。土壤也顯示出兩者的混合。”

這些結論表明，灰塵來源的養分對山區生態系統可能至關重要-即使基巖養分的供應量很大，論文得出結論。

盡管其他研究表明灰塵可以增加生態系統中的總元素通量，但這是第一項量化釹和磷(從代理人到灰塵)向植物的轉移的研究，” Aciego解釋說。“此外，這種影響要比我預期的要高得多，這表明塵埃中的元素對全球生態系統的影響可能比以前假設的要大得多。”

先前的一些研究已經量化了在穩定或緩慢侵蝕的景觀中灰塵來源養分的吸收。但是，只有少數幾個人對山地生態系統中粉塵來源的養分進行了量化，且侵蝕率很高。

里貝說，他的研究小組采用了兩個現有的數據集-一個全球腐蝕率數據庫(2011年編制)和一個全球塵埃通量模型(2014年創建)-來研究全球塵埃的影響。

里貝說：“以前的數據集的這種結合使我們能夠看到塵土在世界上最重要的地方。” “一個令人驚訝的發現是，在許多地方，包括阿巴拉契亞山脈和西歐，灰塵可能比以前認為的更為重要。”

美國國家科學基金會(National Science Foundation)計劃主任Richard Yuretich說：“地球的“臨界區”概念為我們提供了一個從更大的角度觀察環境并了解被認為是區域性過程的全球影響的框架。美國國家科學基金會(NSF)的關鍵區天文臺計劃，該研究得到了資助。“這項研究表明，即使在大氣環境中貢獻不明顯的情況下，在全世界大氣中運輸的灰塵也是植物所有養分的重要來源。地球通常以令人驚訝的方式維持其平衡。”

里伯認為他的最新研究與UW于9月份獲得的為期五年，美國國家科學基金會(NSF)提供的2,000萬美元贈款有關，該款項將用于微生物研究。科學家希望使用包括DNA測序和計算模型在內的尖端技術來了解微生物的分布和生態后果，從而得出有助于懷俄明州人應對各種挑戰的見解，從管理牧場，森林和水資源到開墾受礦產開采干擾的地區，以提高農作物的生產力。

“來自不同來源的粉塵中的微生物群落可能不同，” Riebe說。“作為下一個懷俄明州EPSCoR(刺激競爭研究的既定計劃)計劃的一部分，我們可以嘗試了解來自遙遠源頭的灰塵是否正在影響懷俄明州的微生物組。可能來自紅色沙漠或亞洲。”