氮沉降作为缓解生态系统氮限制的重要外部养分输入，对促进碳汇形成具有关键作用。气候变化背景下，极端降水事件频发导致降水分配格局发生变化，改变了生态系统的氮循环过程。然而，降水分布变化如何影响沉降氮的保留及其诱导的碳汇尚缺乏系统的原位实验证据，全球尺度上沉降氮对全球陆地生态系统碳汇的贡献研究也存在不确定性，限制了气候变化背景下陆地碳汇预测的准确性。

针对上述科学问题，中国科学院新疆生态与地理研究所脆弱生态恢复与保育团队，在昆仑山高山草地开展了降水分配格局与15N双标记示踪实验，利用化学计量法定量评估了降水格局变化对昆仑山高山草地沉降氮保留及其诱导碳汇的影响。此外，还系统整合了全球829组15N同位素示踪观测数据，在全球尺度上量化了NHx与NOy在陆地生态系统中的保留量，区分了沉降氮在木质组织（茎、粗根、枝）与非木质组织（叶、细根、树皮）中的分配差异，揭示了沉降氮在陆地生态系统中的存留格局及其诱导的碳汇空间分布。

研究结果表明，在自然降水条件下昆仑山高山草地15NH4+和15NO3-的总保留率分别为61.73%和77.62%，对应的年保留量分别为1.59 kg N ha-1 yr-1和1.27 kg N ha-1 yr-1，氮诱导的碳汇为83.57 kg C ha-1 yr-1。降水分配变化显著降低了沉降氮的保留效率，15NO3-总保留量减少14.21%–19.04%，15NH4+总保留量减少12.71%–14.06%，导致氮诱导的碳汇降低11.39%–15.05%。全球尺度上，陆地生态系统平均保留了36%的沉降氮，年总保留量达39.15 Tg N，其中NHx保留量为25.02 Tg N yr-1，NOy为14.13 Tg N yr-1。研究进一步区分了沉降氮在森林木质组织和非木质组织中的差异，发现植物非木质组织保留量为2.41 Tg N yr-1，显著高于木质组织（1.75 Tg N yr-1）。NHX沉降诱导产生的碳汇为0.52 Pg C yr-1，NOy为0.36 Pg C yr-1，氮沉降促进陆地生态系统的总碳汇为0.88 Pg C yr-1，约占全球陆地生态系统碳汇的25.48%。

本研究在点位尺度通过控制实验，揭示了降水分配变化有使氮沉降诱导的碳汇降低的风险，当前基于历史平均气候条件的碳汇估算可能存在高估。在全球尺度区分了植物木质和非木质组织，降低了氮诱导碳汇估算的不确定性，构建了氮沉降促进陆地碳汇的空间分布格局，为全球陆地碳汇评估提供重要的研究基础。以上研究成果分别以“Altered precipitation patterns raise the risk of reduction in deposited nitrogen induced carbon sinks in an alpine grassland”和“Global nitrogen deposition promotes carbon sink formation in terrestrial ecosystems”为题发表于《Catena》和《Advanced Science》。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109179

https://doi.org/10.1002/advs.202520069

图1：昆仑山高山草地降水分配变化下沉降氮的保留量及诱导碳汇

图2：氮沉降在各陆地生态系统植物和土壤中的存留情况及其促进的碳汇