我国学者与海外合作者在陆地生态系统植物氮素利用研究方面取得进展
2025/06/01
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图 陆生植物所吸收氮的主要形态与生成过程
陆地生态系统的植物氮利用机制是评估陆生植被固碳能力及其物种组成变化的关键科学问题。非固氮植物吸收土壤可提取硝态氮、铵态氮和有机氮（植物吸收氮的主要来源），同化分配于叶、茎和根，构成植物总氮（图）。然而，量化土壤硝态氮、铵态氮和有机氮对植物吸收氮的贡献、分析其变化规律和主控因素是科学难题之一。
在国家自然科学基金项目（批准号：42125301、42330505）资助下，天津大学刘学炎教授团队及其国际合作者在陆生植物氮素利用过程方面取得进展。成果以“土壤氮源对陆生植物相对贡献的全球分布及其驱动因素（Global distribution and drivers of relative contributions among soil nitrogen sources to terrestrial plants）”为题，于2024年7月30日在线发表在《自然?通讯》（Nature Communications）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50674-6。
研究团队通过分析全球陆生植物叶、茎和根的氮同位素组成，构建了草本、灌木、乔木植物总氮和叶片氮同位素组成关系，以及相同生活型（草本、灌木、乔木）和相同菌根类型（丛枝菌根、外生菌根、杜鹃菌根）植物总氮同位素组成随年平均温度的变化关系。基于上述组成及变化关系，量化了不同气候背景下植物体内氮同化分配和菌根氮吸收过程同位素效应，实现了基于叶片氮同位素组成对植物氮吸收利用的同位素约束。同时基于土壤硝态氮、铵态氮和有机氮的氮同位素观测数据，模拟了植物所吸收氮的土壤端元氮同位素值，运用同位素质量平衡计算了上述3种氮源对全球尺度植物所吸收氮的贡献。结果显示，植物吸收氮与叶片氮、土壤可提取态氮的氮同位素组成存在明显差异，因而叶片氮和土壤可提取态氮的氮同位素记录不能准确指示或代表植物吸收的氮。全球尺度上，不同氮源对植物氮吸收的相对贡献随年均温呈非线性变化，而随大气氮沉降则无明显变化规律，表明气候要素（温度）而非人类活动（氮沉降）是全球陆生植物氮源贡献变化的主控因素。
该研究通过氮同位素地球化学方法创新，揭示了陆生植物氮利用变化的新规律和新机制。研究结果对理解全球不同温度带以及未来全球变暖背景下植被生长及物种组成变化具有重要意义，为评估全球环境变化对陆地生态系统的影响提供了新的科学依据。
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