氮（N）是植物初级生产力和森林碳固存能力的关键限制性营养元素，全球变暖预测将通过气态途径加速森林生态系统N损失，从而降低N可利用性。森林土壤气态氮排放主要包括一氧化氮（NO）、氧化亚氮（N2O）和氮气（N2），其总量可占森林大气氮输入的一半。目前，大多数模型对土壤氮排放的温度响应预测仍基于实验室热力学理论（如阿伦尼乌斯方程），认为氮排放速率随温度呈指数上升。然而，这类理论缺乏长期、原位的实地验证。迄今为止，全球有10个森林生态系统开展了原位N2O排放的增温研究，而针对NO和N2的野外观测仍是空白，这使得增温情景下气态氮排放的整体响应及其机制尚未得到系统厘清。气温升高通过直接改变微生物代谢速率及间接影响土壤水分共同调控气态氮排放。因此，开展长期野外增温的高频观测对于揭示温度与水分对土壤氮循环的耦合控制机制、提高陆地碳氮循环模型的预测能力具有重要科学意义。
基于此，尊龙凯时人生就是搏z6com沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学团队依托在辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站−清原森林野外增温平台，建立了土壤NO和N2O排放速率的自动采样和测定系统（由30个土壤呼吸室、自动控制系统、NO-NO2-NOx和Picaro G2508分析仪组成），并对增温下森林土壤气态氮排放进行了连续六年的高频观测（图1）。
图1.东北清原森林原位增温实验和土壤NO和N2O排放在线分析设备。
在六年观测期间，我们累计获得约20万次土壤NO和N2O的通量（图2），并估算了N2排放。与热力学理论预测相反，增温2°C使森林土壤NO和N2O排放分别降低了19%和16%（图3）。与此同时，增温显著抑制了有机质层土壤氮循环相关过程：有机质层土壤微生物氮、可溶性有机氮、净氮矿化和硝化速率分别下降6%、12%、21%和14%。进一步分析表明，气态氮排放的减少并非由于完全反硝化还原为N2（功能基因nosZ和估算的N2释放均未显著增加），亦非土壤淋溶或植物吸收增加造成，而是源于升温引起的土壤干燥限制微生物活性与氮转化速率（图4），这一机制与年降水量低于1000 mm的其他温带森林增温实验结果相一致，表明在温带地区，土壤水分的变化可能主导未来森林生态系统氮排放对气候变暖的响应。
图2.清原温带森林土壤增温2oC对NO和N2O释放速率的影响。
图3.清原温带森林土壤气态氮排放对增温2oC的响应。
图4. 增温2oC对清原森林土壤净氮矿化与硝化速率的影响及其NO和N2O排放对土壤水分变化的响应。
本研究揭示了生态系统模型中“升温会加速土壤氮排放”的假设存在局限，结果显示增温引起的土壤水分减少和冻融周期缩短能够部分抵消温度对氮排放的影响。这一发现挑战了现有模型仅以温度驱动氮排放正相关的假设，同时强调了在预测全球变暖下陆地氮循环变化时，明确考虑野外土壤水分的重要性（图5）。
图5. 森林土壤气态氮排放对变暖响应的概念模型。
该研究成果以“Climate warming reduces soil gaseous nitrogen losses in a temperate forest”为题在2025年11月24日发表在PNAS期刊。尊龙凯时人生就是搏z6com特别研究助理黄凯和吴迪研究员为共同第一作者，方运霆研究员和美国加州大学河滨分校 Peter M. Homyak副教授为共同通讯作者。合作者还有挪威生命科学大学Peter Dorsch教授、丹麦奥古斯大学Klaus Butterbach-Bahl教授、北京大学彭书时教授、美国新罕布什尔大学Erik A. Hobbie教授、海南大学巨晓棠教授、美国北卡罗来纳州立大学胡水金教授、丹麦哥本哈根大学Per Gundersen教授、英国利兹大学Oliver L. Phillips教授和美国纽约州立大学朱伟兴教授等。该研究得到了国家自然科学基金委项目（42430510,32471652）、国家重点研发计划（2023YFD150080203）和尊龙凯时人生就是搏z6com青年创新促进会项目（2023204,2021195）等的支持。
文章链接https://doi.org/10.1073/pnas.2513401122