氮素作為生物生存必須的元素之一，常常是限制生態系統功能的主要因子,因此研究氮素在干旱區域的循環對于預測未來氣候變化下陸地生態系統養分循環及生態功能具有重要意義。

    2012年7月至8月，沈陽生態所組織了針對我國北方干旱、半干旱區東西樣帶的科研調查，完成了約4000公里草地的土壤和植被采樣工作（圖1）。其中，白娥研究員帶領的科研團隊，探討了土壤和植物的氮的穩定性同位素（ 15N）在樣帶上的變化趨勢。研究發現：土壤 15N值隨著干旱指數（AI）的變成呈現鐘型曲線變化模式，分界值出現在AI= 0.32處（圖2）。進一步分析發現植物 15N值、土壤氮循環微生物基因（包括硝化微生物和反硝化微生物）以及土壤呼吸熵等隨著AI的變化都表現出AI= 0.32的分界點。由此可以推測：在干旱區域（AI< 0.32），草地生態系統氮流失主要以氣態損失為主，并且高于植物對氮的固定量；而在半干旱區域（AI>0.32），氮素主要被植物固定，其固定量高于氣態的損失量。本研究首次揭示了中國北方干旱和半干旱區域生態系統氮同位素影響機制，提出AI=0.32為此區域氮循環的分界值，在此分界兩側氮循環的影響機制不同。這種非線性關系對于更好的理解干旱區域氮循環特征，預測養分循環對未來氣候變化的響應提供了新的思路。

    研究結果以“Aridity threshold in controlling ecosystem nitrogen cycling in arid and semi-arid grasslands”為題發表在國際著名綜合刊物Nature communications (doi: 10.1038/ncomms5799) (IF: 10.742, 2014)上。

    該研究得到國家青年973項目、國家自然科學基金和中國科學院戰略先導專項B等課題的支持。

圖1  研究選取草地分布區域及樣點的空間分布圖

圖2 研究樣點土壤 15N、總氮、C/N和pH值隨AI的變化趨勢