近日，Global Change Biology以“Microbial immobilization shapes the non-linear response of allochthonous nitrogen retention to grassland acidification within soil aggregates”为题，在线发表了微生物固持作用驱动草原土壤酸化下团聚体中外源氮留存的非线性响应机制的研究成果。

   大气沉降氮进入陆地生态系统，一部分被植物吸收利用或被土壤微生物固定，另一部分再次进入大气、通过地表径流进入水体或淋溶损失掉。大气氮/硫沉降导致土壤酸化，影响土壤团聚体组成和稳定性，然而土壤酸化如何通过改变团聚体微域内的氮转化路径，进而调控外源氮的归宿，仍是全球变化生态学的未解之题。

韩兴国/姜勇团队依托2017年在中国科学院额尔古纳森林草原过渡带生态研究站建立的硫添加（0–50 g S m⁻² yr⁻¹）模拟土壤酸化控制实验，于2021年7月在刈割地上植物后，设置了¹⁵NH₄¹⁵NO₃（50 mg ¹⁵N m^-2）示踪微区实验。实验处理21天后，对同位素¹⁵N去向进行示踪分析。研究发现：1）与土壤微团聚体（<250 μm）相比，大团聚体（>2000 μm、250-2000 μm）在微生物生物量、氨基酸、氨基糖、全氮（TN）中有更高的¹⁵N回收率，前两个组分对酸化的敏感性也更高。大团聚体中氮水解酶和净氮矿化速率较高的结果，支持“团聚体层级理论（The Aggregate Hierarchical Theory）”；2）在中等酸化强度（土壤pH由7降至6）下，¹⁵N在可水解铵、氨基糖、不可水解氮、全氮中的留存减少，主要原因可能是外源氮的微生物固定减少，外源氮的封存随之减少；3）重度酸化（pH降至6以下）提高了上述氮组分中¹⁵N的留存量，主要是通过微生物残体来固定氮，土壤酸度与¹⁵N留存量之间呈非线性关系；4）经过5年的硫添加模拟土壤酸化实验，不同酸化强度土壤中的有机氮各组分浓度无显著差异。

上述结果揭示了土壤酸化条件下，土壤微生物通过团聚体介导外源 ¹⁵N 在不同生物有效性氮组分中留存的关键机制。这一机制的解析，可为土壤酸化背景下，草原生态系统氮素管理提供土壤微生物-团聚体互作的新视角。

河北大学生命科学学院为论文的第一和通讯作者单位。顾柏滔（现为天津大学博士研究生）为论文的第一作者，王汝振研究员为通讯作者, 姜勇教授、韩兴国教授、张英博士、硕士生王少东，北京大学朱彪教授、澳大利亚悉尼大学Feike A. Dijkstra教授为共同作者。

论文信息：Gu BT, Wang RZ*, Wang SD, Zhang Y, Han XG, Zhu B, Dijkstra F, Jiang Y. 2025. Microbial immobilization shapes the non-linear response of allochthonous nitrogen retention to grassland acidification within soil aggregates. Global Change Biology, Doi: 10.1111/gcb.70229

图1  土壤酸化和团聚体大小如何影响氮留存的假设框架：a）硫诱导的酸化通过抑制微生物分解和¹⁵N同化，减少了短期外来无机¹⁵N留存（21天），但增强原位土壤有机N积累（5年）；b）根据团聚体层级理论，随着土壤团聚体粒径增大，外源¹⁵N留存量增加，而内源N浓度降低

图2 不同硫添加量（0、5、10、20、50 g S m^-2 yr^-1）下3种土壤团聚体粒径的土壤性质： a） 土壤pH；b）微生物生物量氮（MBN）；c）溶解有机氮（DON）；d）全氮（TN）浓度

图3 不同硫添加量下，土壤团聚体中：a）土壤微生物生物量氮（MBN）；b）可水解铵态氮（HAN）；c）氨基酸态氮（AAN）；d）氨基糖态氮（ASN）；e）不可水解氮（NHN）；f）全氮的¹⁵N回收率

图4 不同硫添加量下，土壤团聚体酶活性和净氮矿化。a）土壤N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性；b）亮氨酸氨基肽酶（LAP）活性；c）蛋白酶（PRO）活性；d）净氮矿化速率；e）氨化速率；f）硝化速率

图5 土壤有机氮组分¹⁵N回收率的相关性分析：微生物生物量氮（MBN）、可水解铵态氮（HAN）、氨基氮（AAN）、氨基糖态氮（ASN）、不可水解氮（NHN）

图6 a）硫诱导的土壤酸化先减少后增加外源¹⁵N留存（21天），但对原位土壤有机N积累（5年）无显著影响； b）微团聚体中的外源¹⁵N留存和内源N浓度相对较高：团聚体层级理论