2025年1月26日， Ecology在线发表了题为“Plant growth strategies and microbial contributions to ecosystem nitrogen retention along a soil acidification gradient”的研究成果，揭示了土壤不同酸化强度下植物生长策略和微生物对草甸草原生态系统氮固持贡献的影响机制。

陆地生态系统氮固持是生态系统氮可持续供应的重要来源。作为自然生态系统，草原普遍受氮限制，因此草原生态系统氮输入输出是影响其结构和功能的重要因子。大气硫和氮沉降导致草原生态系统土壤酸化，然而，在土壤酸化背景下，草甸草原氮固持及其主导影响机制，依然是知识空白。

韩兴国/姜勇团队依托2017年在内蒙古额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站建立的硫添加模拟土壤酸化野外控制实验平台，开展了为期2年的¹⁵N标记实验，量化土壤酸化梯度下土壤和植物功能群对土壤氮固持的影响。发现同位素标记的外源¹⁵N主要被土壤截留（高达87.3%）。在土壤中，铵态氮、溶解有机氮、微生物生物量氮和氨基糖（表征微生物死亡残体）中的¹⁵N回收率约占土壤固持¹⁵N的46%。这些氮组分中的¹⁵N回收率随着土壤酸化强度而增加，表明影响生态系统氮固持的微生物氮转化具有复杂性。在不同植物功能群中，莎草¹⁵N固持随土壤酸化强度的增加而增加，杂类草¹⁵N固持随土壤酸化强度的增加而减少，禾草的¹⁵N固持对土壤酸化强度不敏感，表明不同植物功能群与菌根结合的差异性响应，进而表现出对土壤酸化的敏感性存在差异。土壤微生物生物量是描述土壤氮固持的关键变量，而莎草对该生态系统植物氮固持的重要功能群，导致两个分室之间在¹⁵N固持方面存在明显的权衡和竞争。

研究结果表明，土壤酸化可能会增强土壤微生物氮固持，植物固持的氮在不同生长策略功能群间进行转移，进而抑制生态系统的总体氮损失。

河北大学生命科学学院助理研究员张英博士为论文第一作者，王汝振研究员为通讯作者，韩兴国教授、姜勇教授、刘贺永校聘研究员、中国科学院沈阳应用生态研究所毕业硕士生顾柏滔、澳大利亚悉尼大学Feike  Dijkstra教授为论文的共同作者。

论文信息：Ying Zhang, Ruzhen Wang*, Baitao Gu, Heyong Liu, Feike A. Dijkstra, Xingguo Han, Yong Jiang. Plant growth strategies and microbial contributions to ecosystem nitrogen retention along a soil acidification gradient. Ecology, https://doi.org/10.1002/ecy.4515

图1 土壤酸化对土壤氮固持影响的假设框架

图2 不同硫添加量下生态系统、土壤氮组分、植物功能群的¹⁵N回收率

图3 添加硫对丛枝菌根真菌、腐生真菌的磷脂脂肪酸和腐生真菌与细菌的比例的影响

图4  2021、2022年土壤和植物中¹⁵N回收率与2年平均值之间的关系

图5 生态系统氮固持的冗余分析

图6 概念框架：“微生物氮引擎”和非微生物氮通过微生物残体氮、溶解有机氮、NH₄⁺在活性氮转化为难溶性有机氮中的作用