生物固氮是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的氮輸入途徑，通常包括共生和自生固氮兩種方式。相比共生固氮而言，自生固氮在陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布范圍更廣。自生固氮通常受到氣候因子、底物特性和固氮微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，氣候因子是驅(qū)動(dòng)自生固氮空間格局的主要因素，因此溫暖濕潤(rùn)的低緯度地區(qū)通常被認(rèn)為具有更高的自生固氮速率。然而，許多區(qū)域尺度的研究發(fā)現(xiàn)，溫暖濕潤(rùn)的低緯度地區(qū)并不一定表現(xiàn)出更高的自生固氮速率，并且相比氣候因子而言，底物特性對(duì)自生固氮區(qū)域分布格局的影響可能更為顯著。因此，自生固氮的空間分布格局及其影響因素有待進(jìn)一步研究。
該研究以在中國(guó)東海岸不同位點(diǎn)采集的互花米草和蘆葦?shù)蚵湮餅檠芯繉?duì)象，開展了兩項(xiàng)野外實(shí)驗(yàn)（同位分解實(shí)驗(yàn)和同質(zhì)園分解實(shí)驗(yàn)），并用全球數(shù)據(jù)進(jìn)一步佐證（圖1）。在同位分解實(shí)驗(yàn)中，來(lái)自不同位點(diǎn)的互花米草和蘆葦?shù)蚵湮锉凰突夭蓸拥攸c(diǎn)進(jìn)行分解，以評(píng)估氣候因子和底物特性對(duì)自生固氮區(qū)域格局的影響。在同質(zhì)園分解實(shí)驗(yàn)中，來(lái)自不同位點(diǎn)的互花米草和蘆葦?shù)蚵湮锉唤y(tǒng)一放置于崇明島東灘進(jìn)行分解，以進(jìn)一步明確底物特性對(duì)自生固氮區(qū)域格局的作用。此外，通過全球數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步驗(yàn)證自生固氮的分布格局及其調(diào)控因素。
結(jié)果表明，互花米草和蘆葦?shù)蚵湮镒陨痰俾实木暥雀窬植]有在溫暖濕潤(rùn)的低緯度地區(qū)達(dá)到峰值。這種的現(xiàn)象也可以推廣到其他自生固氮類型（土壤、葉片等）的全球分布格局。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是由于在區(qū)域和全球尺度上，自生固氮的空間分布格局受到氣候因子和底物化學(xué)計(jì)量比的共同調(diào)控。為此，我們提出了一個(gè)新的理論框架來(lái)解釋這種現(xiàn)象（圖2）。在溫暖濕潤(rùn)的地區(qū)，盡管適宜的氣候有助于自生固氮，但較低的底物C:N和C:(N:P)比會(huì)限制其活性，使自生固氮速率低于傳統(tǒng)觀點(diǎn)的預(yù)期值；相反，在氣溫和水分相對(duì)較低的地區(qū)，雖然氣候條件不利于自生固氮，但較高的底物C:N和C:(N:P)比能在一定程度上促進(jìn)微生物固氮活性，使自生固氮速率高于傳統(tǒng)觀點(diǎn)的預(yù)期值。上述結(jié)果從區(qū)域和全球尺度進(jìn)一步驗(yàn)證了前期發(fā)現(xiàn)的底物化學(xué)計(jì)量比調(diào)控氮飽和成熟林自生固氮速率（Zheng et al. 2018,Ecology;?https://doi.org/10.1002/ecy.2416）以及驅(qū)動(dòng)森林演替過程的固氮速率變化（Zheng et al. 2020,Ecology Letters;https://doi.org/10.1111/ele.13437）。
相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Earth’s Future（《地球的未來(lái)》）上。復(fù)旦大學(xué)碩士生戴海嘯為第一作者，中國(guó)科學(xué)院華南植物園鄭棉海副研究員和復(fù)旦大學(xué)/蘭州大學(xué)吳紀(jì)華教授為共同通訊作者，復(fù)旦大學(xué)博士生劉澤康和蘭州大學(xué)助理教授Ali Bahadur為本文共同作者。論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024EF005093
圖1. 野外實(shí)驗(yàn)的采樣地點(diǎn)分布圖（a）及全球分析中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布圖（b）
圖2. 氣候和底物化學(xué)計(jì)量比對(duì)自生固氮空間分布的共同調(diào)控作用的理論框架
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