氮固持有助维持陆地生态系统氮的可持续供应，是生态系统多功能性和生态服务的关键组成部分。生态系统氮固持功能受植物和微生物氮的交互作用、土壤氮的矿化和固定、水文氮的运移、土壤物理化学性质等诸多因素影响。一些植物偏好吸收NO3-，另一些植物则更喜欢NH4+或溶解的有机氮（DON）；丛枝菌根（AM）真菌可与80%以上的陆生植物共生，增加植物氮固持，土壤NO3-淋失会减少生态系统氮固持。一些研究通过氮盈亏来量化氮诱导的土壤酸化对氮固持的影响，但很难区分氮添加的直接影响与土壤酸化的间接影响。由于草甸草原生态系统中硫通常不会是植物生长的限制性元素，因此添加硫模拟土壤酸化，结合氮同位素示踪方法，从而可准确量化土壤酸化对生态系统氮固持的影响。
韩兴国/姜勇团队依托中国科学院额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站2017年建立的硫添加（0、1、2、5、10、15、20、50 g S m-2 yr-1）模拟土壤酸化控制实验平台，2021和2022年进行了为期两年的15NH415NO3标记微区实验，以量化土壤酸化梯度上土壤和植物功能群的氮固持能力和强度。研究发现，1）添加到生态系统中的15N主要被土壤截留（高达87.3%）。在土壤中，铵态氮、溶解有机氮、微生物生物量和氨基糖（表征微生物死亡量）中的15N回收率约占土壤固持15N量的46%。这些氮组分中的15N回收率随着土壤酸化而增加，表明影响生态系统氮固持的微生物氮转化的复杂性；2）随土壤酸化强度的增加，莎草15N的固持量增加，杂类草减少，禾草不受影响，反映了不同植物功能群与菌根的不同关联及其对土壤酸化的敏感性存在差异；3）土壤微生物生物量是描述土壤氮固持的关键变量，而莎草对植物氮固持至关重要，导致土壤和植物两个分室之间在15N固持方面存在明显的权衡和竞争。总体而言，土壤酸化可能通过加强微生物氮固持，以及不同植物生长策略之间转移植物的氮固持，从而总体上抑制外源输入氮的损失。上述结果近期被Ecology接受发表，河北大学生命科学学院师资博士后张英为第一作者，王汝振教授为通讯作者，姜勇教授、韩兴国教授、刘贺永研究员、澳大利亚悉尼大学Feike A. Dijkstra教授、中国科学院沈阳应用生态研究所毕业硕士生顾柏滔为共同作者。该项研究得到国家自然科学基金项目（32222056、32071563、32271677）资助。Zhang Y, Wang RZ*, Gu BT, Liu HY, Dijkstra FA, Han XG, Jiang Y. 2024. Plant growth strategies and microbial contributions to ecosystem nitrogen retention along a soil acidification gradient. Ecology (接受)![]()
图1 a）土壤酸化对土壤氮固持影响的假设框架；b）植物物种氮吸收；c）植物和土壤微生物氮固持的权衡关系
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图2 2021年、2022年和两年平均值，生态系统（a-c）、土壤氮组分（d-f）和植物功能群（g-i）在硫添加理的15N回收率
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图3 2021年、2022年和两年平均值，硫添加影响下的丛枝菌根（AM）真菌、腐生真菌的磷脂脂肪酸（PLFA）和腐生真菌与细菌的比例（F:B）
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图4 2021年、2022年土壤和植物成分中15N回收率和两年平均值之间的关系
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图5 生态系统氮固持的冗余分析（RDA）。a）2021-2022年15N收率的平均值；b）影响因素；c）结构方程模型评估2021-2022年平均土壤pH值对植物功能群和土壤中15N回收率的直接和间接影响；d）直接和间接效应
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图6 土壤酸化下草地生态系统氮固持的概念框架
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