森林是陆生系统碳汇的核心部分，在气候调节和水源涵养中扮演着关键角色。氮是限制森林生产力的关键因子，硝酸根（NO₃^-）是生物可利用的主要活性氮组分。近几十年来，持续较高的工农业氮氧化物（NO_x）排放和NO₃^-干湿沉降极大地改变了森林NO₃^-的大气输入、生物利用与周转、气态输出和水文淋溶等过程，并引发森林氮饱和、土壤酸化和植被退化风险，削弱森林生态功能和威胁森林流域水体质量。然而，在不同氮污染水平及气候背景下，森林土壤中大气NO₃^-的积累与固持机制并不清楚，严重影响森林NO₃^-收支动态的评估。

我国京津冀地区的森林处于高氮污染和半干旱气候背景，约40%面积的林地长期接收高于50 kg N ha^–1 yr^–1的大气氮沉降，土壤硝化和NO₃^-含量被发现对大气氮沉降水平变化响应敏感。因此，进一步探究该地区森林土壤中大气NO₃^-积累水平及其对微生物硝化速率的激发机制，有助于准确评估人为氮负荷影响下森林土壤的氮截留能力。

近期，刘学炎团队通过观测京津冀地区不同氮沉降（30~70 kg N ha^–1 yr^–1）和年降水（350~760 mm）下的森林土壤NO₃^-氧同位素异常（Δ¹⁷O），并整合已有北美和东亚温带森林土壤Δ¹⁷O观测数据（图1），系统分析了土壤NO₃^-的大气贡献和积累机制。发现：

1） 尽管处于半干旱气候背景，森林土壤硝化作用对降水增加响应不敏感，而主要受大气氮污染驱动（图1）；

2） 大气氮污染对土壤硝化作用的激发稀释了土壤Δ¹⁷O信号和大气贡献比例，但大气NO₃^-残留量和硝化速率随降水NO₃^-浓度和输入通量升高而增加（图1）。

结果表明，长期高人为氮污染促进半干旱气候下森林土壤中大气NO₃^-残留与微生物硝化作用，导致了NO₃^-供应远超生物NO₃^-需求而过度积累。未来极端降水或非生长季降水增多会加剧NO₃⁻向地表或地下水体淋溶。该研究增进了对森林氮积累机制的认识，为评估气候变化和人为扰动如何影响森林氮循环及其生态环境风险提供了重要参考。

图1. 大气氮污染驱动温带半干旱地区森林土壤NO₃^-生成和积累

上述研究近期发表在AGU旗下Nature Index期刊《Geophysical Research Letters》。中国科学院地球化学研究所博士后孙众从为论文第一作者，刘学炎研究员为通讯作者，中国科学院南京土壤研究所许士麒博士、地球化学研究所胡朝臣研究员、天津大学宋韦教授、北京市水科院郭浩然博士参与了该项研究。本研究致谢国家自然科学杰出青年基金项目（42125301）的资助。

论文信息：Zhong-Cong Sun, Shi-Qi Xu, Hao-Ran Guo, Chao-Chen Hu, Wei Song, Xue-Yan Liu*. (2025). Atmospheric N deposition as a key driver of soil nitrate production and accumulation in temperate forests under semi-arid climate. Geophvsical Research Letters, 52, e2025GL117029.

论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL117029

（刘学炎课题组/供稿）