植物氮偏好揭示自然生态系统中地下氮循环的环境驱动机制

《Global Change Biology》：Plant Nitrogen Preferences Mirror Underground Nitrogen Cycling in Natural Ecosystems

　　本研究通过构建过程模型框架，整合66项15N标记实验数据（336组观测值）和2030组土壤氮转化观测数据，揭示了植物氮吸收策略与微生物氮循环的耦合关系。研究发现硝化能力（硝化/GNM比值）是调控植物铵态氮/硝态氮偏好的核心因子，土壤pH和碳氮比通过影响氮转化路径驱动植物氮偏好分异（森林/湿地以铵态氮为主，草原则偏好硝态氮）。DNRA过程在富碳厌氧环境中促进植物铵营养偏好，而气候变暖/增雨通过加速GNM和抑制硝化进一步强化该趋势。该研究证实植物氮获取并非单纯由自身决定，而是地下氮循环与环境调控的镜像反映。

　　

在自然生态系统中，植物对氮素（N）的获取策略竟与地下微观世界的氮循环过程遥相呼应！通过构建一个过程模型框架，研究人员将植物对有机氮、铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）的偏好与土壤微生物驱动的氮转化过程联系起来。他们整合了66项¹⁵N同位素标记研究，获得336组三重观测数据（Dataset 1），并结合全球270项研究中的2030组土壤总氮转化观测值，试图在全球尺度预测这些速率的变化规律。

研究发现，森林（49%?±?1.84%）和湿地（55%?±?3.29%）的植物主要依赖铵态氮，而草原则以硝态氮（41%?±?1.52%）为主导氮源。温带地区植物的铵态氮偏好最低，热带地区则对硝态氮需求最弱。关键调控因子竟是硝化能力——即自养硝化（将铵转化为硝酸盐的过程）与总氮矿化（GNM，有机氮向铵的转化）的比值。在土壤pH较高、碳氮比较低的温带或草原等环境中，高硝化能力推动了植物对硝态氮的偏好；反之，在热带、森林或湿地等逆境土壤中，植物更倾向于吸收铵态氮。

有趣的是，硝酸盐异化还原为铵（DNRA）这一过程会在有机碳丰富、缺氧的土壤中将氮流向重新导向铵营养，强化植物的铵偏好。气候变暖和降水增加通过加速GNM和DNRA、同时抑制硝化能力，进一步促进植物“喜铵”倾向。然而，土壤氮循环和环境因素对植物有机氮偏好的解释力较弱，暗示菌根共生、植物功能性状等其他机制可能发挥作用。这项研究生动诠释了植物氮获取并非其“一意孤行”，而是地下氮循环过程的镜像反映，环境条件则如同指挥棒，精准调控着这场地下-地上的氮素协奏曲。