科学通报 陆地生态系统氮平衡趋势的研究进展

2026-01-25 01:21:36　　点击量：

　　团队在《科学通报》发表题为“陆地生态系统氮平衡趋势的研究进展”的文章，定义了氮平衡趋势的概念，总结了氮平衡研究范式的发展历程和挑战。

　　氮素在人类发展过程中扮演着重要角色，攸关农业生产、生态环境和人类健康。工业固氮虽然保障了人类与日俱增的粮食需求，但是不合理施氮也诱导了一系列生态环境问题。例如，过量施氮导致气态氮排放增加、土壤酸化和水体富营养化等，进而一定程度上影响人类健康。不合理施氮诱导的生态环境问题给可持续氮素管理带来了挑战。例如，人类已超越地球氮安全界限，而氮安全界限是地球生态安全界限的重要组成之一。以土壤和植物为主的陆地生态系统（土壤-植物系统）仅占地球表面积的28%，却容纳着75%的地球物种和86%的地球生物量，是生态保护的优先区域。为了应对上述问题和挑战，亟需理解陆地生态系统氮输入-输出平衡趋势的分布格局、驱动机制和生态效应，进而为氮平衡趋势的调控提供科学依据。氮平衡趋势可以概括为单位时间内某一生态系统中氮输入与氮输出之间的关系，分为三类：正平衡（氮输入氮输出）、零平衡（氮输入≈氮输出）、负平衡（氮输入 氮输出）。为了推进对陆地生态系统氮平衡趋势的理解，研究团队全面综述了氮循环的关键过程、氮平衡研究范式的发展、氮平衡趋势的潜在驱动因素、现有研究的局限和挑战，以期助力陆地生态系统的可持续氮素管理。 pan

　　陆地生态系统氮平衡趋势容易受到两个方面的影响：（1）氮循环的关键过程，包括大气氮沉降、人为施氮、自然固氮、岩石氮风化、淋溶氮损失、气态氮损失、植被氮损耗、微生物氮代谢、植物氮代谢、植物氮返回到土壤；（2）广泛的自然和人为驱动力，包括气候条件、土壤属性、植物性状、其他因素。目前已发展形成了四种氮平衡研究范式，包括以氮盈余为中心氮平衡范式（1970s~）、以氮效率为中心氮平衡范式（1980s~）、以微生物氮代谢为中心氮平衡范式（1990s~）、以氮同位素特征为中心氮平衡范式（2000s~）。然而，仍然存在一些局限和挑战：（ⅰ）以氮同位素特征为中心氮平衡范式发展前景较好，有待强化理论推导和经验验证；（ⅱ）氮平衡趋势的实验、理论和模型研究之间存在较大差距，观测-统计-理论-模型的融合将是一个新机遇；（ⅲ）现有研究对陆地生态系统氮平衡趋势的驱动机制和生态效应理解片面，仍需多维度视角的探索。结合考虑氮同位素技术、理论生态学、信息生态学的新兴发展，未来有望解决如下技术问题和科学问题：（a）怎样整合观测、统计、理论和模型的优势来发展以氮同位素特征为中心氮平衡范式？（b）陆地生态系统氮平衡趋势的分布格局（现象）、驱动机制（原因）和生态效应（后果）分别是什么？这些探索工作将更好地服务于氮素智能化管理和社会可持续发展。

　　云南大学程晓莉教授和中国科学院南京土壤研究所颜晓元研究员为通讯作者，中国科学院地球环境研究所张勇副研究员为第一作者。该工作得到了国家自然科学基金重点项目（32130069）、国家重点研发计划（2024YFF1306700）、中国科学院地球环境研究所青年人才计划、中国科协青年人才托举工程博士生专项计划、生物多样性与生态工程重点实验室开放课题（2024-FDU-KF-01）、水土流失防治与绿色发展重点实验室开放课题的资助。

　　张勇，陈骥，段兴武，等. 陆地生态系统氮平衡趋势的研究进展. 科学通报, 2025.

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