在全球气候变化的背景下，干旱地区的扩张对生态系统的氮循环产生了深远影响。氮同位素（δ¹⁵N）的天然丰度，尤其是土壤中的δ¹⁵N，是评估陆地生态系统氮循环动态和氮限制的关键指标。然而，随着干旱程度的增加，土壤δ¹⁵N如何响应以及这些响应是否与土壤氮循环紧密相关，目前尚不清楚。

中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽研究员团队通过在青藏高原3000公里的沿干旱梯度地带调查表层土壤和底层土壤的δ¹⁵N值及土壤氮循环特征，揭示了干旱对土壤δ¹⁵N影响的非线性关系。研究发现，随着干旱指数（AI）的增加，土壤δ¹⁵N值的变化，从负相关转变为正相关，转折点分别位于AI=0.27（表层土壤）和0.29（底层土壤）。尽管土壤氮库和氮转化速率随干旱程度的增加而线性下降，但土壤δ¹⁵N与土壤氮循环特征的关系在AI阈值上下表现出显著差异。在较湿润地区，土壤δ¹⁵N与多数土壤氮循环特征呈正相关，表明土壤δ¹⁵N高可能是土壤氮循环的“开放性”所致。而在较干旱地区，这种关系不显著，且与土壤有效磷和植物叶片δ¹⁵N等其他因素相关性更强，表明在干旱条件下，土壤δ¹⁵N可能不是典型的土壤氮循环途径。

该研究的创新之处在于揭示了干旱梯度下土壤δ¹⁵N与氮循环关系的非线性变化，并确定了影响这些变化的干旱阈值。这一发现不仅加深了我们对气候变化下氮循环机制的理解，还为未来在气候干旱条件下预测氮循环和氮可用性提供了新的模型参数。此外，研究结果强调了在构建陆地氮循环模型时，考虑土壤δ¹⁵N的干旱阈值的重要性，这对于准确预测和适应气候变化对生态系统的影响具有重要意义。通过这项研究，我们不仅对青藏高原高山生态系统的氮循环有了更深入的认识，也为全球干旱地区的生态保护和气候变化适应策略提供了科学依据。

图1 表土(a)和底土(b)沿干旱指数(AI)梯度的δ¹⁵N值

图2 高寒生态系统土壤δ¹⁵N值对干旱性变化的规律及其控制作用的概念图

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