编辑推荐：
为探究氮（N）沉降对森林土壤生物固氮（BNF）的影响，研究人员沿城乡梯度开展 5 年 N 添加实验。结果发现，城市和郊区森林土壤 BNF 活性低于农村，低 N 添加使农村森林 BNF 活性显著降低。该研究为理解全球 N 沉降效应提供依据。
在全球城市化浪潮中，城市不断扩张，如同一只无形的大手，肆意改变着周围的生态环境。大气氮（N）沉降就是其中一个不可忽视的 “变数”，它像一场场看不见的 “化学雨”，悄无声息地落在森林里。以往关于氮沉降对森林生态系统影响的研究，大多聚焦在远离城市干扰的自然区域，可城市森林却像是被遗忘的角落，少有人关注。
森林土壤中的生物固氮（Biological Nitrogen Fixation，BNF）过程，就像大自然的 “氮工厂”，能把空气中的氮气转化为植物可利用的氮，对维持森林生态系统的稳定和发展至关重要。但在城市环境中，人类活动带来大量外源氮输入，这就好比给 “氮工厂” 突然加了一堆原料，“工厂” 还能正常运转吗？土壤中的固氮菌群又会发生什么变化？这些问题一直悬而未决。
为了揭开这些谜团，来自国内的研究人员踏上了探索之旅。他们选择了合肥，这座城市化进程飞速的华东核心城市，其城市化率从 2010 年的 63% 一路飙升到 2021 年的 84%。研究人员沿着城乡梯度，在城市、郊区和农村森林设立了永久研究站点，开展了为期 5 年的氮添加实验，设置了 0、50 和 100 kg N ha?1 yr?1三个添加水平。通过监测土壤微生物和非生物因素的变化，深入探究氮添加对土壤 BNF 的影响机制。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：在不同森林区域设置对照（CK）和氮添加处理样地，定期采集土壤样本；运用专业的实验手段测定土壤 BNF 活性；借助先进的分子生物学技术分析土壤固氮菌群的组成变化；同时测量土壤 pH 等理化性质指标，以探究非生物因素的作用。
土壤生物固氮及土壤性质在氮处理下的变化
研究发现，在对照（CK）样地中，城市森林（0.09 nmol g?1h?1）和郊区森林（0.16 nmol g?1h?1）的 BNF 活性明显低于农村森林（2.69 nmol g?1h?1） 。在农村森林，氮处理让原本较高的 BNF 活性下降，低氮（LN）处理使其显著降低 95.7%，高氮（HN）处理降低 17.4%。同样，氮处理也使郊区森林的 BNF 活性显著降低。
氮沉降抑制城乡梯度土壤生物固氮
城市扩张和氮沉降对土壤 BNF 功能产生了深远影响。对比发现，农村森林的 BNF 更稳定，尤其在未添加氮的土壤中，这表明 BNF 为自然森林提供了重要的氮资源。而在城市森林，氮添加处理对 BNF 活性没有明显影响，但在农村森林，低氮添加却让 BNF 活性大幅下降超过 50%。
进一步分析发现，BNF 活性降低与固氮菌群组成的变化有关。在高外源氮环境下，土壤更有利于兼性固氮菌生长，而这类菌对土壤 BNF 不利。在城市森林，土壤酸化成为限制土壤 BNF 和相关微生物的主要因素。
这项研究成果发表在《CATENA》上，意义重大。它揭示了城乡森林土壤 BNF 和固氮菌群对外源氮输入的不同响应。城市森林对外部氮输入表现出不敏感性，而农村森林的土壤固氮功能则受到明显威胁。这提示我们，在预测土壤行为和氮循环时，必须把人类活动和土地利用情况考虑进去，才能更准确地把握全球氮沉降的影响，为森林生态系统的保护和管理提供科学依据。
研究结论表明，氮添加显著降低了农村森林土壤 BNF 活性，改变了固氮菌群组成，土壤酸化在城市森林中对 BNF 及相关微生物起限制作用。该研究为理解全球氮沉降背景下城乡森林生态系统的氮循环差异提供了关键数据支持，有助于制定更具针对性的生态保护策略，以应对城市化和氮沉降带来的挑战，维持森林生态系统的健康和稳定。
