生物固氮是陆地生态系统氮输入的重要途径，但其对环境变化的响应机制仍不清晰。尤其是在亚热带人工林中，氮沉降与干旱常同时发生，但二者如何交互调控土壤固氮过程仍缺乏系统认识。针对这一科学问题，土壤生态学团队和三明站研究人员依托福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站2018年建立的杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林长期降雨减少和氮沉降交互实验平台，在第6年开展系统研究。通过野外控制实验与模型分析相结合，系统评估了氮沉降与降水减少对土壤固氮过程的单独作用及交互效应。
研究发现，氮沉降使生物固氮速率显著降低43%，固氮酶基因（nifH）丰度降低57%；而降水减少在未改变nifH基因丰度的情况下使生物固氮速率提升55%。降水减少通过提高土壤可溶性有机碳含量，为异养固氮微生物提供充足的能量来源，从而促进固氮过程。在氮沉降与降水减少联合处理下，降水减少抵消了氮沉降的抑制效应，使生物固氮速率恢复至接近自然水平。这一结果揭示了一种由碳有效性提升驱动的缓冲机制，表明碳有效性的增加能够减弱氮富集对固氮微生物功能的负面影响。此外，隔离菌根与菌丝处理对固氮过程影响较弱。研究结果深化了对多重全球变化因子对土壤生物固氮交互作用的认识，为预测气候变化背景下森林生态系统氮循环提供了重要科学依据。
相关研究成果以“Precipitation reduction mitigates the negative impact of nitrogen deposition on soil nitrogen fixation in subtropical Chinese fir plantations”为题，发表于中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的生命科学领域国产顶刊《Science China-Life Sciences》。
我院土壤生态学团队24级博士生韩风毅为第一作者，林永新研究员和吕茂奎副研究员为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金（32371659、42377301、32001169）与福建省自然科学基金（2024J09031）的资助。
图 1 研究样地与试验设计示意图
图 2 降水减少与氮沉降条件下环境因子对固氮速率影响的结构方程模型（SEM）
