近日，中國科學院植物研究所研究員楊元合團隊與合作者解析了凍土生態系統氮供需關系對氣候變暖的響應特征和驅動因素。相關研究成果發表于《美國科學院院刊》。
氣候變暖會導致多年凍土中長期封存的大量有機質被微生物分解，以CO2和CH4等形式釋放至大氣，進而形成凍土碳循環與氣候變暖之間的正反饋關系。同時，溫度升高也會促進植被生長，部分抵消凍土碳釋放，從而減緩凍土碳–氣候反饋。氮素作為植被生長的重要限制因素，在調節凍土生態系統碳循環中起著關鍵作用。特別是，生態系統氮供給能力能否滿足植被氮需求在很大程度上決定著植被生長能否持續減緩凍土碳–氣候反饋效應。然而，以往研究主要關注土壤氮轉化過程對生態系統氮供應的貢獻，學術界尚不清楚苔蘚固氮在滿足植被氮需求中的作用。
針對上述研究不足，研究團隊依托在青藏高原多年凍土區建立的全生態系統增溫實驗平臺，基于15N同位素示蹤、定量穩定同位素核酸探針技術（qSIP）及高通量測序等方法，系統測定了涵蓋植被氮需求、氮利用策略及土壤氮供給在內的43個指標，在此基礎上解析了凍土生態系統氮供需關系對氣候變暖的響應特征和驅動因素。
研究人員發現，增溫雖顯著提高植被氮需求，但未改變葉片氮重吸收效率，這表明植物主要通過吸收土壤中的有效氮來滿足其增加的氮需求。然而，增溫處理下土壤氮轉化速率未發生顯著變化，苔蘚固氮速率卻顯著增加。增溫背景下苔蘚固氮增加量約占植被氮需求增加量的48%，表明苔蘚固氮在滿足植被氮需求中起著關鍵作用。研究人員進一步發現，苔蘚固氮對增溫的響應受苔蘚功能性狀以及附生在苔蘚葉片的活性固氮微生物共同調控。
該研究揭示了氣候變暖背景下凍土生態系統氮供需關系的變化特征及其驅動機制，為深入理解凍土生態系統碳–氮交互作用提供了關鍵實驗證據。
相關論文信息：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2516443123