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氮是生命體必需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是制約生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的關(guān)鍵限制因子，深刻影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。工業(yè)化革命以來(lái)，尤其是過(guò)去五十年間，日益增加的人為源氮沉降顯著改變了陸地氮循環(huán)，并引發(fā)一系列的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，如土壤酸化、養(yǎng)分失衡、碳固存能力改變以及生物多樣性衰退等。雖然以往的綜述探討了氮沉降影響的特定方面，但尚缺乏將全球氮沉降格局演變與森林氮素生物地球化學(xué)循環(huán)進(jìn)行多尺度、多過(guò)程系統(tǒng)性的整合。

文章綜述了氮沉降全球化下森林氮素生物地球化學(xué)循環(huán)的研究進(jìn)展，涵蓋了大氣氮沉降的時(shí)空特征、森林氮庫(kù)與氮狀態(tài)的變化，以及關(guān)鍵氮循環(huán)過(guò)程，包括生物固氮、礦化、硝化、同化及其損失途徑等。梳理了氮循環(huán)研究的歷史演進(jìn)脈絡(luò)，明確了自18世紀(jì)60年代以來(lái)的三個(gè)不同階段：階段I(18-19世紀(jì))，基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn);階段II(20世紀(jì))，機(jī)制研究，提出“氮飽和”“氮級(jí)聯(lián)效應(yīng)”等概念;階段III(21世紀(jì))，聚焦多元素耦合、全球變化整合、可持續(xù)發(fā)展等。此外，本文探討了驅(qū)動(dòng)氮循環(huán)的核心機(jī)制，包括微生物轉(zhuǎn)化過(guò)程及植物–土壤互作關(guān)系，并重點(diǎn)介紹了森林氮循環(huán)的關(guān)鍵理論進(jìn)展。文章強(qiáng)調(diào)未來(lái)需加強(qiáng)多因子、多尺度、多學(xué)科交叉研究，以及關(guān)注氮沉降背景下的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)機(jī)制。通過(guò)融合格局、過(guò)程與機(jī)制三個(gè)維度，本綜述不僅深化了對(duì)人為氮富集下生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的理解，也為應(yīng)對(duì)全球變化提供了理論支撐。

中國(guó)科學(xué)院華南植物園魯顯楷研究員近日應(yīng)邀在國(guó)際學(xué)術(shù)雜志Nitrogen Cycling(《氮循環(huán)》)上發(fā)表題為“Nitrogen biogeochemical cycling in forest ecosystems with the globalization of nitrogen deposition”新研究，闡述了氮沉降全球化背景下森林氮素生物地球化學(xué)循環(huán)的前沿進(jìn)展，為森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供了新的科學(xué)依據(jù)。

Graphical abstract

圖1. 世界人口與全球及中國(guó)氮沉降通量的變化趨勢(shì)

圖2. 森林生態(tài)系統(tǒng)氮素轉(zhuǎn)化格局：a, 熱帶森林;b, 亞熱帶森林;c，溫帶森林

圖3. 氮素生物地球化學(xué)循環(huán)研究的歷史視角