南京土壤所提出深层土壤“（活性）氮动态反应器”概念框架

　　

传统土壤研究大多关注1米以内的土层甚至是表层，然而，表层土壤以下的深层关键带（Deep Critical Zone, DCZ）——即从作物根区底部至基岩的风化层——长期以来被视为氮素的被动储存库，其在全球氮循环中的角色与环境效应尚未得到系统认识。

近日，中国科学院南京土壤研究所张甘霖研究员团队以“The deep critical zone as a dynamic nitrogen reactor: Accumulation patterns, coupled processes, and environmental effects”为题，系统阐述了深层关键带作为动态氮反应器（Dynamic Nitrogen Reactor, DNR）的新概念框架。该综述整合全球观测证据，首次系统评估了深层（>2 m）硝态氮的全球储量与分布格局，指出全球深层硝态氮储量可能达10 Pg量级，且在干旱半干旱区、高度风化热带亚热带区和集约化农业区呈现出截然不同的积累特征。研究进一步提出了水文受限型、地球化学缓冲型和水力驱动型三种过程导向的端元分类，为诊断不同景观中深层氮素滞留、转化和迁移的主控因子提供了诊断框架。

该综述指出，深层关键带并非被动的“氮库”，而是一个由水文输送、地球化学缓冲和微生物转化三者耦合驱动的动态反应系统，其内部氮素滞留时间可达数年至数千年，由此形成的“遗留氮”效应是当前地下水硝酸盐污染时间滞后、温室气体排放和土壤酸化等问题的重要根源。文章同时强调，未来氮素管理必须从表层视角拓展至从地表到基岩的全剖面系统思维，发展面向深层关键带的观测网络、过程耦合模型和基于韧性的氮素管理策略。

该综述文章近日发表在Earth-Science Reviews上，杨顺华副研究员为第一作者，张甘霖研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金面上项目等支持。

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图1 本研究提出的深层关键带“活性氮动态反应器”概念图

图2 深层土壤“活性氮动态反应器”的三种端元模型

图3 “从地表到基岩”的全剖面系统研究和管理思路