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氮素作为生物生存必须的元素之一，常常是限制生态系统功能的主要因子，因此研究氮素在干旱区域的循环对于预测未来气候变化下陆地生态系统养分循环及生态功能具有重要意义。
2012年7月至8月，中国科学院沈阳应用生态研究所组织了针对我国北方干旱、半干旱区东西样带的科研调查，完成了约4000公里草地的土壤和植被采样工作（图1）。其中，白娥研究员带领的科研团队，探讨了土壤和植物的氮的稳定性同位素（δ15N）在样带上的变化趋势。研究发现：土壤δ15N值随着干旱指数（AI）的变成呈现钟型曲线变化模式，分界值出现在AI= 0.32处（图2）。进一步分析发现植物δ15N值、土壤氮循环微生物基因（包括硝化微生物和反硝化微生物）以及土壤呼吸熵等随着AI的变化都表现出AI= 0.32的分界点。由此可以推测：在干旱区域（AI< 0.32），草地生态系统氮流失主要以气态损失为主，并且高于植物对氮的固定量；而在半干旱区域（AI>0.32），氮素主要被植物固定，其固定量高于气态的损失量。该研究首次揭示了中国北方干旱和半干旱区域生态系统氮同位素影响机制，提出AI=0.32为此区域氮循环的分界值，在此分界两侧氮循环的影响机制不同。这种非线性关系对于更好地理解干旱区域氮循环特征，预测养分循环对未来气候变化的响应提供了新的思路。
研究结果以Aridity threshold in controlling ecosystem nitrogen cycling in arid and semi-arid grasslands 为题发表在国际综合刊物Nature communications (doi: 10.1038/ncomms5799)上。
该研究得到国家青年“973”项目、国家自然科学基金和中国科学院战略先导专项B等课题的支持。
