全球干旱加剧对旱地的养分循环和植物生产力产生重大影响。水分和氮素是限制干旱生态系统净初级生产力和微生物分解有机质的关键因素。在氮限制的干旱地区，微生物的氮利用效率（NUE）对土壤中氮的保留并为植物提供氮素至关重要，而目前对旱地土壤微生物在应对这种双重限制时的氮利用策略尚未得到充分探索。

本研究基于沿青藏高原2200 km干旱梯度样带上的野外观测，利用实验室条件下¹⁸O、¹⁵N稳定同位素示踪技术，揭示了在水分限制和氮限制的干旱生态系统中，土壤微生物氮利用效率（NUE）的响应格局，并评估了微生物NUE对土壤总氮积累的调控作用。

研究结果表明，土壤微生物可通过提高NUE来应对氮限制，但在极端干旱条件下（干旱指数低于0.12的地区），这一能力受到水分限制的阻碍。随着干旱程度降低（在干旱指数高于0.12的地区），微生物因氮限制增强和温度升高而提高其NUE（图1，图2）。微生物NUE的提升促进了微生物残体氮的增加，并最终贡献于土壤总氮积累（图3）。但在干旱程度较低的地区，同步增加的碳供应可能会加剧微生物和植物的氮限制。本研究强调了在水分和氮双重限制条件下微生物的氮利用策略及其在生态系统氮保留中的关键作用，有助于发挥微生物的氮利用潜力以提升土壤氮保留能力并提高生产力，对于改进全球变化背景下土壤碳氮循环预测模型具有重要价值。

研究成果以“Intensified aridity hinders soil microbes from improving their nitrogen use efficiency”为题，发表于《Global Change Biology》期刊上。生物地球化学组博士生杨静怡为该论文的第一作者，白娥教授和张扬建研究员（中国科学院地理科学与资源研究所）为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金项目和吉林省科技发展计划项目的支持。

图1  干旱指数与微生物氮代谢特征、总氮转化速率、土壤和微生物氮库含量的线性回归关系

图2  线性混合效应模型中微生物氮利用效率的各解释变量相对重要性

图3  土壤氮循环随干旱程度变化的概念图