植物依靠其祖先和同类的营养残余物茁壮成长。温带森林中的树木从土壤中吸收氮，这些氮主要来源于覆盖地面的落叶分解。根据 1 月 19 日《科学》杂志报道的一项为期 10 年的研究，从北极苔原到哥斯达黎加的热带丛林，这种分解循环大致遵循相同的规则。
科罗拉多州立大学的生态学家威廉·帕顿和他的同事在西半球的 21 个地点放置了装满落叶的金属网容器。每个地点都放置了装有当地典型碎屑的容器，以及装有标准植物物质（如橡树叶或禾草稻草）的其他容器。“我们想找出凋落物中碳和氮的长期命运，这如何促成土壤有机质，以及控制凋落物分解速率和氮释放的因素是什么，”帕顿说。“我们想要一些木质素含量高和木质素含量低的物质，以及氮含量不同的物质。”
金属网容器允许光、水以及最重要的微生物和其他生物进入，这些生物负责该生态系统中植物物质的分解。在这十年中，更多的凋落物也覆盖了固定的容器，模拟了自然条件。研究人员发现，大多数生态系统——无论是冰冷的北极苔原还是温暖潮湿的热带丛林——都遵循相同的规则，即分解释放的氮量由凋落物中氮的初始浓度决定。“在复杂的生物地球化学世界中，我们发现植物和微生物的这种基本营养循环过程实际上相当简单，”研究合著者、加州大学伯克利分校的生态学家温迪·西尔弗在一份声明中指出。“对于微生物来说，存在一个控制氮释放的基本生理约束。”
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通过将这种凋落物分解简化为一个简单的数学方程式，研究人员可以更好地了解碳和氮如何在陆地系统中循环——从而改进气候变化模型。“如果通过更高的温度提高分解率，那么就会释放更多的氮，这可能会提高生产力。如果您提高生产力，那么系统中以及森林系统中就会有更多的碳，这可能会导致碳固存，”帕顿说。“这个模型将帮助我们更好地预测系统在变化下的行为。”
当然，并非每个系统都符合该模型：紫外线量——而不是初始氮水平——决定了干燥草原中氮的释放，这是这组地点中唯一的异常值。帕顿还计划使用标记有特定碳同位素的凋落物，以更好地确定碳和氮在自然生态系统中随时间推移的命运。但是，花费 10 年时间观察金属袋中的树叶腐烂，极大地增加了对全球循环的科学理解。“最令人惊讶的是，它们都是相同的，”帕顿补充道。“在所有这些系统中，生物体都是非常不同的，因此您可能会看到不同的模式，但相似性才是关键。”