凍土生態系統約佔北半球陸地面積的1/4，是全球陸地生態系統的重要組成部分。由於凍土生態系統儲存著大量碳，氣候變暖引起的凍土融化對生態系統碳循環的影響受到廣泛關注。凍土熱融塌陷是一種劇烈的融化形式，能在較短的時間內導致植被、土壤和水文等過程發生劇烈變化，進而可能對生態系統碳循環產生強烈影響。以往研究顯示，熱融塌陷會導致土壤氮可利用性增加，也可能會改變土壤中的碳輸入，進而可能會改變“土壤碳激發效應”（即外源碳輸入對原有土壤有機碳分解的影響）。然而，目前學術界尚不清楚凍土融化導致的土壤氮可利用性增加對土壤碳激發效應的影響及其微生物機制。
中國科學院植物研究所楊元合研究組依託在青藏高原凍土區建立的熱融塌陷研究平臺，利用凍土融化形成的自然氮梯度，結合室內氮添加實驗以及穩定碳同位素標記技術，揭示了土壤氮可利用性在調控凍土區土壤碳激發效應中所起的關鍵作用。研究人員發現，土壤碳激發效應的強度沿凍土融化形成的自然氮梯度呈現下降趨勢，且該梯度的變異主要取決於微生物代謝效率，但不受微生物胞外酶活性調控。研究人員基於室內氮添加實驗，進一步證實了野外氮梯度上觀察到的“土壤氮素通過調控微生物代謝效率影響土壤碳激發效應”的現象。
該研究並不支持學術界以往關於“激發效應強度主要受微生物酶活影響”的認識。研究成果揭示了氮素調控土壤碳激發效應的新機制，相關結果有助於促進學術界對凍土碳循環及其與氣候變暖之間反饋關係的認識。
該研究結果近期發表於國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上。楊元合組副研究員陳蕾伊為論文第一作者，楊元合為通訊作者。此外，該團隊近期還揭示了土壤CH4和N
2O通量沿凍土融化序列的變化及其微生物機制，相關成果以兩篇系列論文的形式發表在Environmental Science & Technology上。上述研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究計劃等的資助。
科研人員沿典型凍土融化序列開展系統調查
氮素通過調控微生物代謝效率影響土壤碳激發效應
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