森林是面积和碳储量最大的陆生系统。自工业革命以来，人为成因活性氮排放增加提高了全球特别是污染区的森林大气氮沉降通量，改变了森林土壤可供植物吸收的氮（主要包括硝态氮、铵氮和有机氮）含量和形态比例。植物吸收土壤氮的量和比例随氮沉降增加如何变化是理解森林氮沉降去向及其对植物生产力和多样性的影响的重要信息。尽管模拟实验已经揭示了很多过程对单个全球变化因子的响应，但在真实的氮沉降梯度下通常气候条件也不同，植物对各形态氮的吸收是否及如何随氮沉降变化并不十分清楚。
植物-土壤氮同位素自然丰度同步观测是分析植物氮利用机制的独特方法，但是因为方法普及程度低，全球尺度叶片氮同位素整合分析目前仍然缺少大部分点位对应的土壤氮同位素观测（Hu et al. 2024 NC）。在生态系统尺度，刘学炎团队自2010年来先后观测了贵阳和京津冀地区不同氮沉降和气候条件下森林植物叶片总氮、土壤可提取硝态氮、铵氮和有机氮浓度及同位素自然丰度，通过约束不同植物根系氮吸收的氮同位素分馏和地上-地下氮分配导致的氮同位素变化，再结合前人在其他点位的观测数据，他们首次基于直接观测数据分析了区域尺度森林植物的土壤氮源贡献及其响应大气氮沉降的机制。结果显示：
（1）由于硝态氮在土壤中移动性和根系可接触度较高，硝态氮利于植物体内与钙、镁等阳离子平衡，并减少与偏好铵氮的土壤微生物竞争。因此，硝态氮对植物总氮的贡献（平均54±18%）显著高于其在土壤可提取氮中的占比（16±9%），而还原态氮（铵氮和有机氮）的贡献却相反（植物46±18%、土壤84±9%）（图1），揭示了植物氮吸收与土壤氮供应在形态比例上的解耦关系。
（2）温度和降水量对土壤氮有效性和植物氮吸收指标影响均不显著，仅观察到土壤硝态氮有效性和植物硝态氮吸收指标随大气氮沉降通量增加而升高（图1）。这表明在区域尺度上氮沉降是促进植物硝态氮吸收的主要因素，植物氮吸收与土壤氮供应在对氮沉降的响应上呈现协同或耦合关系。
图1. 森林土壤氮供应和植物氮吸收及其对大气氮沉降的响应
该研究为理解森林氮状态和过程及其环境响应机制提供了新见解，为优化森林管理以增强植物氮固存和碳吸收、减少土壤氮损失提供了重要参考。论文于2026年2月在AGU旗下期刊《Geophysical Research Letters》发表，天津大学陈崇娟副教授为第一作者，刘学炎教授为通讯作者。中科院地化所孙众从博士和胡朝臣研究员参与该研究。该研究致谢国家自然科学青年基金（A类）（42125301）、重点基金（42330505）和青年基金（C类）（42003061）等项目资助。
论文信息：Chong-Juan Chen, Zhong-Cong Sun, Chao-Chen Hu, Xue-Yan Liu*. (2026) Anthropogenic nitrogen inputs promote plant nitrate utilization of polluted forests. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL120305. https://doi.org/10.1029/2025GL12030.
