近日,中國科�(xué)院植物研究所研究員劉玲莉、特別研究助理彭勇等解析了土壤穩(wěn)定氮同位素自然豐度(δ15N)的空間格局及其�(qū)動機制。相�(guān)研究成果�(fā)表于《自�-地球科學(xué)》(Nature Geoscience��
氮是陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的�(guān)鍵限制性養(yǎng)�。氮能否在生�(tài)系統(tǒng)中有效固持,直接影響生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)�、碳匯功能和氣候反饋強�。然�,氮循環(huán)涉及植物吸收、微生物�(zhuǎn)�、土壤固持和淋溶流失等多個過�,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��
土壤�(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�,因而被視為反映氮循�(huán)狀�(tài)�“綜合指標(biāo)”。一般而言,較低的土壤δ15N值通常表明氮循�(huán)較為保守、氮固持能力較強;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�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�(diào)控機制是否會隨降水變化發(fā)生轉(zhuǎn)�,仍缺乏系統(tǒng)認識�
對此,劉玲莉研究團隊利用美國國家生態(tài)觀測網(wǎng)�(luò)(NEON�31個站點的�(biāo)�(zhǔn)化觀測數(shù)�(jù),結(jié)合植被結(jié)�(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�δ15N的空間格局及其�(qū)動機��
研究�(jié)果顯�,土�δ15N與年平均降水量呈非線性關(guān)�,在�700 mm降水處出�(xiàn)明顯閾�,該閾值與北美干濕分界線相吻合,反映了從干�、半干旱生態(tài)系統(tǒng)向濕潤生�(tài)系統(tǒng)過渡過程中氮循環(huán)機制的轉(zhuǎn)��
在干旱地區(qū),土�δ15N隨降水增加而下�。在這一區(qū)�,降水增加促進了植物多樣性,強化了植物與微生物對無機氮的競爭,有效抑制了硝酸鹽積累和氮流�,提升了生態(tài)系統(tǒng)氮固持能力�
在濕潤地區(qū),土�δ15N隨降水增加而升高。此�,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�(huán)�,加速了硝酸鹽淋溶和氣態(tài)損失,使氮循�(huán)更加“開放”�
該研究表明,降水對生�(tài)系統(tǒng)氮固持的影響并非單向變化,而是通過�(diào)節(jié)植物—微生�—土壤過程之間的相互作�,改變氮循環(huán)的開放程�。該�(fā)�(xiàn)為理解降水格局變化對陸地生�(tài)系統(tǒng)氮循�(huán)的影響提供了新的機制認識,也為改進陸地生�(tài)系統(tǒng)氮循�(huán)模型提供了重要參��
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https://doi.org/10.1038/s41561-026-01992-5