植物依靠其祖先和同類的營養殘餘物茁壯成長。溫帶森林中的樹木從土壤中吸收氮，這些氮主要來源於覆蓋地面的落葉分解。根據 1 月 19 日《科學》雜誌報道的一項為期 10 年的研究，從北極苔原到哥斯大黎加的熱帶叢林，這種分解迴圈大致遵循相同的規則。
科羅拉多州立大學的生態學家威廉·帕頓和他的同事在西半球的 21 個地點放置了裝滿落葉的金屬網容器。每個地點都放置了裝有當地典型碎屑的容器，以及裝有標準植物物質（如橡樹葉或禾草稻草）的其他容器。“我們想找出凋落物中碳和氮的長期命運，這如何促成土壤有機質，以及控制凋落物分解速率和氮釋放的因素是什麼，”帕頓說。“我們想要一些木質素含量高和木質素含量低的物質，以及氮含量不同的物質。”
金屬網容器允許光、水以及最重要的微生物和其他生物進入，這些生物負責該生態系統中植物物質的分解。在這十年中，更多的凋落物也覆蓋了固定的容器，模擬了自然條件。研究人員發現，大多數生態系統——無論是冰冷的北極苔原還是溫暖潮溼的熱帶叢林——都遵循相同的規則，即分解釋放的氮量由凋落物中氮的初始濃度決定。“在複雜的生物地球化學世界中，我們發現植物和微生物的這種基本營養迴圈過程實際上相當簡單，”研究合著者、加州大學伯克利分校的生態學家溫迪·西爾弗在一份宣告中指出。“對於微生物來說，存在一個控制氮釋放的基本生理約束。”
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透過將這種凋落物分解簡化為一個簡單的數學方程式，研究人員可以更好地瞭解碳和氮如何在陸地系統中迴圈——從而改進氣候變化模型。“如果透過更高的溫度提高分解率，那麼就會釋放更多的氮，這可能會提高生產力。如果您提高生產力，那麼系統中以及森林系統中就會有更多的碳，這可能會導致碳固存，”帕頓說。“這個模型將幫助我們更好地預測系統在變化下的行為。”
當然，並非每個系統都符合該模型：紫外線量——而不是初始氮水平——決定了乾燥草原中氮的釋放，這是這組地點中唯一的異常值。帕頓還計劃使用標記有特定碳同位素的凋落物，以更好地確定碳和氮在自然生態系統中隨時間推移的命運。但是，花費 10 年時間觀察金屬袋中的樹葉腐爛，極大地增加了對全球迴圈的科學理解。“最令人驚訝的是，它們都是相同的，”帕頓補充道。“在所有這些系統中，生物體都是非常不同的，因此您可能會看到不同的模式，但相似性才是關鍵。”