气候变暖会导致多年冻土中长期封存的大量有机质被微生物分解，以CO₂和CH₄等形式释放至大气，进而形成冻土碳循环与气候变暖之间的正反馈关系。同时，温度升高也会促进植被生长，部分抵消冻土碳释放，从而减缓冻土碳–气候反馈。氮素作为植被生长的重要限制因素，在调节冻土生态系统碳循环中起着关键作用。特别是，生态系统氮供给能力能否满足植被氮需求在很大程度上决定着植被生长能否持续减缓冻土碳–气候反馈效应。然而，以往研究主要关注土壤氮转化过程对生态系统氮供应的贡献，学术界尚不清楚苔藓固氮在满足植被氮需求中的作用。

针对上述研究不足，中国科学院植物研究所杨元合研究团队依托在青藏高原多年冻土区建立的全生态系统增温实验平台，基于¹⁵N同位素示踪、定量稳定同位素核酸探针技术（qSIP）及高通量测序等方法，系统测定了涵盖植被氮需求、氮利用策略及土壤氮供给在内的43个指标，在此基础上解析了冻土生态系统氮供需关系对气候变暖的响应特征和驱动因素。研究人员发现，增温虽显著提高植被氮需求，但未改变叶片氮重吸收效率，表明植物主要通过吸收土壤中的有效氮来满足其增加的氮需求。然而，增温处理下土壤氮转化速率未发生显著变化，苔藓固氮速率却显著增加。增温背景下苔藓固氮增加量约占植被氮需求增加量的48%，表明苔藓固氮在满足植被氮需求中起着关键作用。进一步研究发现，苔藓固氮对增温的响应受苔藓功能性状以及附生在苔藓叶片的活性固氮微生物共同调控。该研究揭示了气候变暖背景下冻土生态系统氮供需关系的变化特征及其驱动机制，为深入理解冻土生态系统碳–氮交互作用提供了关键实验证据。

该研究成果于2月18日在线发表于国际学术期刊PNAS。植物所博士研究生周伟和助理研究员白宇轩为论文共同第一作者，杨元合研究员为通讯作者。维也纳大学Wolfgang Wanek教授和植物所彭云峰研究员等参与了上述研究。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2516443123

图：全生态系统增温实验结果显示苔藓固氮是满足冻土区植被氮需求的关键途径