氮（N）元素是陆地生态系统初级生产力最主要的营养元素之一。储存于土壤中的有机氮是植物和微生物主要氮源。考虑到植物主要以无机氮吸收为主，总氮矿化（有机氮转化为铵态氮），越来越被认为是调控植物生产力和氮素生地化循环的关键过程。然而，我们对大尺度上（即纬度梯度）总氮矿化速率的变异，影响因素及其机制的理解仍然不够清晰。
沈阳生态所地下生态过程组研究团队沿中国东部森林3800km的样线采集100份土壤样品，采用15N稀释法，探究了森林土壤总氮矿化速率及微生物呼吸速率的纬度变异格局。研究发现，森林土壤总氮矿化速率随纬度梯度升高而降低。微生物底物可利用性是影响总氮矿化的主要因素，表现出显著的直接影响和通过微生物生物量的间接影响；土壤pH和气候因素对总氮矿化的变异起到次要作用（图1）。其次，总氮矿化速率与微生物呼吸速率之间存在显著的非线性正相关关系。该发现进一步支持了碳氮耦合循环假说；并强调了大尺度上森林土壤碳可利用性对总氮矿化速率显著的调控作用（图1）。因此，该发现对于土壤生物地球化学循环模型的简化及土壤氮循环过程向地球系统模型的嵌入具有重要意义。
上述研究成果以Potential gross nitrogen mineralization and its linkage with microbial respiration along a forest transect in eastern China为题发表在领域主流期刊Applied Soil Ecology上。博士生范博和副研究员阴黎明为共同第一作者，王朋研究员和王清奎研究员为共同通讯作者。其他合作者来自于澳大利亚悉尼大学、浙江农林大学和加州大学圣克鲁兹分校。该研究得到国家重点研发专项和国家自然科学基金项目的支持。
图1 森林土壤总氮矿化速率与微生物呼吸速率的非线性关系及影响因素