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在全球氣候變化的背景下，干旱地區的擴張對生態系統的氮循環產生了深遠影響。氮同位素（δ15N）的天然豐度，尤其是土壤中的δ15N，是評估陸地生態系統氮循環動態和氮限制的關鍵指標。然而，隨著干旱程度的增加，土壤δ15N如何響應以及這些響應是否與土壤氮循環緊密相關，目前尚不清楚。

中國科學院地理科學與資源研究所牛書麗研究員團隊通過在青藏高原3000公里的沿干旱梯度地帶調查表層土壤和底層土壤的δ15N值及土壤氮循環特征，揭示了干旱對土壤δ15N影響的非線性關系。研究發現，隨著干旱指數（AI）的增加，土壤δ15N值的變化，從負相關轉變為正相關，轉折點分別位于AI=0.27（表層土壤）和0.29（底層土壤）。盡管土壤氮庫和氮轉化速率隨干旱程度的增加而線性下降，但土壤δ15N與土壤氮循環特征的關系在AI閾值上下表現出顯著差異。在較濕潤地區，土壤δ15N與多數土壤氮循環特征呈正相關，表明土壤δ15N高可能是土壤氮循環的“開放性”所致。而在較干旱地區，這種關系不顯著，且與土壤有效磷和植物葉片δ15N等其他因素相關性更強，表明在干旱條件下，土壤δ15N可能不是典型的土壤氮循環途徑。

該研究的創新之處在于揭示了干旱梯度下土壤δ15N與氮循環關系的非線性變化，并確定了影響這些變化的干旱閾值。這一發現不僅加深了我們對氣候變化下氮循環機制的理解，還為未來在氣候干旱條件下預測氮循環和氮可用性提供了新的模型參數。此外，研究結果強調了在構建陸地氮循環模型時，考慮土壤δ15N的干旱閾值的重要性，這對于準確預測和適應氣候變化對生態系統的影響具有重要意義。通過這項研究，我們不僅對青藏高原高山生態系統的氮循環有了更深入的認識，也為全球干旱地區的生態保護和氣候變化適應策略提供了科學依據。

牛書麗研究員團隊前期成果：

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• GCB最新 | 中科院地理所牛書麗研究員團隊：青藏高原植物和土壤真菌β多樣性對地上/地下生物量的促進作用及其環境驅動因素

• 中科院地理所牛書麗研究組在GCB揭示土壤初級氮轉化速率對干旱梯度的閾值響應

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• 中科院地理所牛書麗團隊在生態系統碳循環時間動態方面的系列進展(8篇文章)

• 中科院地理所牛書麗課題組在高寒草甸生態系統響應全球變化研究取得系列進展

• 中科院地理所牛書麗研究組在陸地生態系統與全球變化研究領域取得系列成果

• GCB Meta分析 | 中科院地理所牛書麗團隊：全球土壤反硝化速率的變化及其控制因素

• GEB Meta分析 | 中科院地理所牛書麗課題組 : 降水變化與碳循環

• 地理所牛書麗研究員等綜述全球變化背景下陸地生態系統碳氮循環的動態耦合

圖1?表土(a)和底土(b)沿干旱指數(AI)梯度的δ15N值

圖2?高寒生態系統土壤δ15N值對干旱性變化的規律及其控制作用的概念圖

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https://doi.org/10.1111/gcb.17357