植物獲取土壤氮和體內(nèi)氮同化，需要消耗光合吸收的碳。生物化學(xué)研究表明，植物同化硝酸根、銨根和溶解有機(jī)氮的理論碳消耗平均為5.81g-C/g-N、4.32g-C/g-N、2.16g-C/g-N。

　　此前，中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所劉學(xué)炎團(tuán)隊(duì)建立了植物-土壤氮同位素過(guò)程模型，量化了上述三種形態(tài)氮同化對(duì)陸生植物總氮的貢獻(xiàn)比例。近期，在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)結(jié)合全球陸生植物碳氮比和總初級(jí)生產(chǎn)力，評(píng)估了當(dāng)前全球陸生植物氮同化的碳消耗總量為208±12 Tg-C/yr，高于因森林火災(zāi)和退化產(chǎn)生的碳排放量，與大氣氮沉降增加的森林固碳在量級(jí)上相當(dāng)。既往研究多強(qiáng)調(diào)氮對(duì)植物生長(zhǎng)固碳的正面效應(yīng)，而植物氮同化代謝的碳消耗缺乏評(píng)估，是陸生系統(tǒng)碳循環(huán)研究的“盲點(diǎn)”，而這一研究表明隱性碳支出應(yīng)被納入碳平衡核算。

　　同時(shí)，研究認(rèn)為，氣候變暖促進(jìn)土壤氮轉(zhuǎn)化和增加生物可利用氮特別是無(wú)機(jī)氮（硝酸根和銨根）供給以及植物生長(zhǎng)的氮需求，這可能增加植物對(duì)無(wú)機(jī)氮同化的比例與碳消耗，進(jìn)而增加植物氮同化的總碳消耗。為驗(yàn)證這一假設(shè)，研究模擬了全球平均2.0°C變暖情景下的植物氮源貢獻(xiàn)，結(jié)合對(duì)應(yīng)的碳氮比和總初級(jí)生產(chǎn)力模擬數(shù)據(jù)，估算全球2.0°C變暖情景下陸生植物氮同化的碳消耗總量為249±15 Tg-C/yr，較當(dāng)前水平將平均增加47%，其中熱帶、溫帶和寒帶分別增加9%、62%、105%。氣候變暖會(huì)增加土壤無(wú)機(jī)氮供應(yīng)及其對(duì)植物總氮同化的貢獻(xiàn)，但會(huì)加劇植物氮代謝途徑的碳支出，削弱其光合碳收益，并表現(xiàn)出高緯度放大效應(yīng)。

　　這一研究揭示了植被碳氮循環(huán)過(guò)程耦合及其氣候響應(yīng)和反饋的新機(jī)制。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-地球科學(xué)》（Nature Geoscience）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

植物氮同化及其碳消耗對(duì)氣候變暖的響應(yīng)機(jī)制