廣東
氮是陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的關(guān)鍵限制性養(yǎng)分。在生態(tài)系統(tǒng)中，氮既可被植物和微生物吸收并循環(huán)利用，也可通過淋溶、氨揮發(fā)和反硝化等過程流失。氮能否在生態(tài)系統(tǒng)中有效固持，直接影響生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、碳匯功能和氣候反饋強(qiáng)度。然而，氮循環(huán)涉及植物吸收、微生物轉(zhuǎn)化、土壤固持和淋溶流失等多個過程，且具有高度的時空變異性，因此直接量化生態(tài)系統(tǒng)氮固持能力十分困難。土壤穩(wěn)定氮同位素自然豐度（δ15N）能夠整合氮輸入、轉(zhuǎn)化和輸出的長期信號，因而被視為反映氮循環(huán)狀態(tài)的“綜合指標(biāo)”。一般而言，較低的土壤δ15N值通常表明氮循環(huán)較為保守、氮固持能力較強(qiáng)；較高的土壤δ15N值則意味著氮損失比例較高，氮循環(huán)更加“開放”。盡管土壤δ15N的空間格局已被廣泛研究，但不同氣候條件下植物、土壤和微生物過程如何共同調(diào)控氮固持，以及這種調(diào)控機(jī)制是否會隨降水變化發(fā)生轉(zhuǎn)換，仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識。
中國科學(xué)院植物研究所劉玲莉研究團(tuán)隊(duì)利用美國國家生態(tài)觀測網(wǎng)絡(luò)（NEON）31個站點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合植被結(jié)構(gòu)、土壤理化性質(zhì)及微生物群落組成等信息，系統(tǒng)解析了土壤δ15N的空間格局及其驅(qū)動機(jī)制。研究結(jié)果顯示，土壤δ15N與年平均降水量（MAP）呈非線性關(guān)系，在約700 mm降水處出現(xiàn)明顯閾值，該閾值與北美干濕分界線（100° W）相吻合，反映了從干旱、半干旱生態(tài)系統(tǒng)向濕潤生態(tài)系統(tǒng)過渡過程中氮循環(huán)機(jī)制的轉(zhuǎn)變。在干旱地區(qū)（MAP < 700 mm），土壤δ15N隨降水增加而下降。在這一區(qū)間，降水增加促進(jìn)了植物多樣性，強(qiáng)化了植物與微生物對無機(jī)氮的競爭，有效抑制了硝酸鹽積累和氮流失，提升了生態(tài)系統(tǒng)氮固持能力。而在濕潤地區(qū)（MAP > 700 mm），土壤δ15N隨降水增加而升高。此時，土壤理化性質(zhì)成為主導(dǎo)因素，高粘粒含量與高土壤水分易形成利于反硝化的厭氧微環(huán)境，加速了硝酸鹽淋溶和氣態(tài)損失，使氮循環(huán)更加“開放”。
該研究表明，降水對生態(tài)系統(tǒng)氮固持的影響并非單向變化，而是通過調(diào)節(jié)植物—微生物—土壤過程之間的相互作用，改變氮循環(huán)的開放程度。該發(fā)現(xiàn)為理解降水格局變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的影響提供了新的機(jī)制認(rèn)識，也為改進(jìn)陸地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)模型提供了重要參考。
該研究成果于5月25日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nature Geoscience。植物所特別研究助理彭勇為論文第一作者，劉玲莉研究員為通訊作者。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41561-026-01992-5
生態(tài)系統(tǒng)氮輸入、轉(zhuǎn)化和流失過程對土壤δ15N的影響及其分餾效應(yīng)
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