Diverse Mycorrhizal Associations Enhance Terrestrial C Storage in a Global Model

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作者
Benjamin N. Sulman,Elena Shevliakova,Edward Brzostek,Stephanie N. Kivlin,Sergey Malyshev,Duncan N. L. Menge,Xin Zhang
出处
期刊:Global Biogeochemical Cycles [Wiley]
卷期号:33 (4): 501-523 被引量:142
标识
DOI:10.1029/2018gb005973
摘要

Abstract Accurate projections of the terrestrial carbon (C) sink are critical to understanding the future global C cycle and setting CO 2 emission reduction goals. Current earth system models (ESMs) and dynamic global vegetation models (DGVMs) with coupled carbon‐nitrogen cycles project that future terrestrial C sequestration will be limited by nitrogen (N) availability, but the magnitude of N limitation remains a critical uncertainty. Plants use multiple symbiotic nutrient acquisition strategies to mitigate N limitation, but current DGVMs omit these mechanisms. Fully coupling N‐acquiring plant‐microbe symbioses to soil organic matter (SOM) cycling within a DGVM for the first time, we show that increases in N acquisition via SOM decomposition and atmospheric N 2 fixation could support long‐term enhancement of terrestrial C sequestration at global scales under elevated CO 2 . The model reproduced elevated CO 2 responses from two experiments (Duke and Oak Ridge) representing contrasting N acquisition strategies. N release from enhanced SOM decomposition supported vegetation growth at Duke, while inorganic N depletion limited growth at Oak Ridge. Global simulations reproduced spatial patterns of N‐acquiring symbioses from a novel niche‐based map of mycorrhizal fungi. Under a 100‐ppm increase in CO 2 concentrations, shifts in N acquisition pathways facilitated 200 Pg C of terrestrial C sequestration over 100 years compared to 50 Pg C for a scenario with static N acquisition pathways. Our results suggest that N acquisition strategies are important determinants of terrestrial C sequestration potential under elevated CO 2 and that nitrogen‐enabled DGVMs that omit symbiotic N acquisition may underestimate future terrestrial C uptake.

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