氮是生命必需元素，植物氮利用机制是评估其固碳能力和物种组成变化的关键信息。非固氮植物主要吸收土壤可提取硝态氮（NO3-）、铵态氮（NH4+）和有机氮（EON），同化分配于叶、茎和根，构成植物总氮（图1）。然而，量化土壤NO3-、NH4+和EON对植物所吸收的氮（PUN；图1）的贡献一直是个难题，导致其变化规律和主控因素并不清楚。
图1. 陆生系统PUN来源与过程
（SON: 土壤有机氮；TEN：土壤总可提取态氮；Dep, Min和Nitri分别指解聚、矿化和硝化作用）
刘学炎团队通过分析全球陆生植物叶、茎和根的氮同位素值（δ15N），构建了草本、灌木、乔木植物总氮和叶片氮的δ15N关系，以及相同生活型（草本、灌木、乔木）和相同菌根类型（丛枝菌根、外生菌根、杜鹃菌根）植物总氮δ15N值随年平均温度（MAT）的变化关系。这些变化关系实现了不同气候背景下植物体内氮同化分配和菌根氮吸收过程同位素效应值的详细量化，以及基于叶片δ15N对PUNδ15N值的约束。同时，基于土壤NO3-、NH4+和EON的δ15N观测数据，模拟了PUN观测点的土壤端元δ15N值，最终运用质量平衡计算了全球PUN的来源贡献。
结果显示，PUN和叶片氮、TEN的δ15N值均存在明显差异，表明叶片氮和TEN的δ15N记录不能准确指示或代表植物所吸收的氮。全球PUN的源贡献随MAT呈非线性变化（图2），而随大气氮沉降无明显变化规律，表明温度而非氮污染是全球植物氮源贡献的主控因素。该研究通过氮同位素地球化学方法创新，揭示了陆生植物氮利用变化的新规律和新机制，为评估全球环境变化如何影响陆生植被的多样性和固碳能力提供了有用证据。
该研究受国家杰青（42125301）等项目资助，于2024年7月30日在线发表。论文信息：Chao-Chen Hu (胡朝臣), Xue-Yan Liu* (刘学炎), Avery W. Driscoll, Yuan-Wen Kuang (旷远文), E. N. Jack Brookshire, Xiao-Tao Lü (吕晓涛), Chong-Juan Chen (陈崇娟), Wei Song (宋韦), Rong Mao (毛瑢), Cong-Qiang Liu (刘丛强), Benjamin Z. Houlton. (2024) Global distribution and drivers of relative contributions among soil nitrogen sources to terrestrial plants. Nature Communications, 15, 6407。链接： https://www.nature.com/articles/s41467-024-50674-6。
图2. 土壤PUN来源贡献随温度变化
（fNO3-, fNH4+和fEON分别指土壤NO3-、NH4+和EON对PUN的相对贡献）
