氮添加對生物固氮的負效應隨土壤有機碳的增加而減弱

傳統觀點認為，由于生物固氮是一個消耗能量的化學反應，當土壤可利用氮濃度增加時，兼性固氮者下調固氮速率(轉而利用土壤氮)，而專性固氮者被淘汰或取代。基于這樣的認識形成的“氮富集抑制生物固氮”理論觀點已被廣泛接受和證實。然而，自然界中仍存在與此相悖的現象，即有很多富氮的生態系統高效固持外源氮。導致該“悖論”現象的機理有待進一步探索。

中國科學院華南植物園副研究員鄭棉海團隊從生物固氮“耗能”的角度出發，探索碳與生物固氮的關系。基于陸地生態系統672項相關研究進行整合分析，發現雖然氮添加抑制陸地生物固氮速率，但該抑制效應隨著土壤有機碳的增加而減弱。在中、高碳土壤中(10-20、>20 mg/g SOC)，氮添加處理對多種固氮策略(自生、共生固氮等)的負作用弱于在低碳土壤中(<10 mg/g SOC)的負作用。氮添加對固氮微生物豐度和多樣性的負效應也隨土壤有機碳濃度的增加而減弱。導致上述現象的可能原因是高濃度有機碳潛在提供更多“碳能”驅動生物固氮，以及固氮微生物需要維持自身碳氮化學計量比平衡。

前期，該研究團隊已發現資源化學計量比對富氮森林生物固氮的影響。該研究從能量角度進一步揭示了有機碳與生物固氮的關系，完善了“氮富集抑制生物固氮”的傳統認識，有助于理解氮富集生態系統固持外源氮的“悖論”現象，暗示了未來陸地生物固氮的模擬和預測需要考慮有機碳的作用。

相關研究成果于近日發表在《總體環境科學》(Science of the Total Environment)上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會項目等的支持。