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为探究共生固氮（SNF）和非共生固氮（ANF）的调控机制，研究人员在亚热带森林沿海拔梯度开展研究。结果显示 SNF 和 ANF 速率变化趋势不同，受不同因素调控，且在不同岩性森林中表现有差异。该研究有助于完善地球系统模型中生物固氮的机制表达。
在广袤的森林生态系统中，氮元素就像植物生长的 “生命密码”，对植物的茁壮成长起着至关重要的作用。生物固氮（Biological nitrogen fixation，BNF）作为自然陆地生态系统获取外部氮输入的关键途径，一直是科研人员关注的焦点。然而，这个神秘的过程却充满了未知。共生固氮（Symbiotic nitrogen fixation，SNF）和非共生固氮（Asymbiotic nitrogen fixation，ANF）是生物固氮的两种重要形式，它们究竟是如何被调控的呢？尤其是在环境条件不断变化的情况下，这一问题更是让科学家们困惑不已。以往的研究大多集中在温带森林，对（亚）热带森林的关注较少，而且很少有研究同时考察共生固氮和非共生固氮在海拔梯度上的变化情况。为了填补这些知识空白，来自中国的研究人员在亚热带森林展开了一项极具意义的研究。该研究成果发表在《Forest Ecosystems》上，为我们揭示了许多关于生物固氮的重要信息，对于完善地球系统模型中生物固氮的机制表达、提高全球生物固氮估计的准确性具有重要意义。
研究人员采用了多种技术方法来开展此项研究。在研究地点的选择上，他们选取了位于广东的车八岭国家级自然保护区，这里的亚热带森林拥有不同的岩性，为研究提供了理想的自然条件。在实验设计方面，分别在以花岗岩和板岩为母质的森林中建立了海拔梯度样带，涵盖多个海拔高度的站点，并在每个站点设置多个样方。在样本采集上，收集了土壤、凋落物、苔藓和叶片等样本。测定共生固氮速率时运用了15N 自然丰度法，测定非共生固氮速率则采用了乙炔还原法。此外，还对土壤和植物的多种理化性质进行了分析，并通过多种统计分析方法探究固氮速率与环境因素之间的关系。
研究结果
- 固氮速率、土壤性质、叶性状和气候沿海拔梯度的变化：共生固氮速率在花岗岩和板岩森林中均随海拔升高而降低；非共生固氮速率则呈现先升后降的趋势，转折点在 708 米。土壤总氮（TN）、硝态氮（NO3?）、总磷（TP）、有效铁（AFe）和土壤含水量（SWC）随海拔升高而增加，土壤容重降低，土壤 N:P 无显著变化，固氮植物叶片氮含量增加，气温降低，降水增加。
- 花岗岩和板岩森林中固氮速率和土壤性质的差异：花岗岩森林的共生固氮速率比板岩森林高 20.3% ，而板岩森林的非共生固氮速率比花岗岩森林高 61.0% 。板岩森林的土壤 TN、NO3?和 TP 浓度也更高。
- 共生固氮和非共生固氮速率的预测因子：随机森林模型表明，土壤 NO3?和气候是共生固氮速率的重要预测因子，且呈负相关。对于非共生固氮速率，低海拔时，土壤 TP 等土壤性质是主要预测因子；高海拔时，气候成为主要预测因子。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析进一步揭示了各因素对共生固氮和非共生固氮速率的直接和间接影响。
研究结论与讨论
研究结果表明，共生固氮和非共生固氮速率沿海拔梯度呈现不同的变化趋势，且受不同机制调控。共生固氮速率下降主要是由于土壤氮有效性增加和气温降低，非共生固氮速率的驱动因素则随海拔变化，从低海拔的土壤性质转变为高海拔的气候因素。此外，岩性对共生固氮和非共生固氮也有显著影响，不同岩性森林中土壤养分差异导致了固氮速率的不同。这些发现对于理解生物固氮过程具有重要意义，明确区分共生固氮和非共生固氮过程，有助于更准确地在地球系统模型中表达生物固氮机制，从而更精准地预测全球生物固氮速率及其相关的碳汇效益。同时，研究中发现的海拔梯度上控制因素的变化，为评估不同生态系统中的固氮动态提供了宝贵信息，为后续深入研究氮循环奠定了坚实基础，在森林生态系统的保护和管理等实际应用方面也具有潜在的指导价值。
