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氮的有效性是否会限制植物的生长和大气CO₂的减少是有争议的。研究表明，氮素可能会逐渐限制植物的生长，因为树木和土壤会在缓慢的物质循环中积累氮素，以应对碳封存的增加。然而，气候、大气CO₂和植物氮素吸收之间的长期反馈仍然是一个问题。植物通过与菌根共生或者生物固氮的途径，使氮可以迅速进入生态系统，从而部分或完全缓解氮对植物生产力的限制。

基于此，本研究选择测试15000年以来泥炭剖面中不同类型植物δ¹⁵N，以确定生态系统级别的氮循环对过去大气CO₂浓度上升的响应。研究结果表明，在控制其他气候因素的情况下，泥炭藓和杜鹃花科植物的δ¹⁵N值随着大气中CO₂浓度增加而降低（图1）。现代培养实验表明，泥炭藓的固氮速率随着大气CO₂浓度的增加而增加（图2）。这些发现表明，泥炭藓通过与蓝藻共生来固氮，杜鹃花科植物通过与菌根真菌共生来吸收氮，并且两者都可能随着大气CO₂浓度的增加而增加。通过更长期的反馈机制，氮限制对陆地碳储存的限制可以被克服。

研究成果以“Isotopic evidence for increased carbon and nitrogen exchanges between peatland plants and their symbiotic microbes with rising atmospheric CO₂ concentrations since 15000 cal. yr BP”为题发表在Global Change Biology期刊上。生物地球化学组博士生杨倩楠为第一作者，白娥教授为通讯作者。该研究得到重点研发项目、国家自然科学基金和国家青年拔尖人才计划的支持。

图1. 泥炭剖面所有数据（a）和1860 AD之前的数据（b）的大气CO₂浓度和泥炭全样、不同植物的δ¹⁵N的偏相关热图

图2. 正常和增加的CO₂浓度条件下泥炭藓固氮速率，Fe、Mo元素含量变化

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16578