《自然》杂志近日发表的一项新研究指出，全球森林、草原等自然区域的氮含量比之前估计的少了约四分之一。该研究由卡里生态系统研究所生态学家莎拉·巴特曼等人共同撰写，其结果对自然气候解决方案意义重大，因为氮是植物生长的关键元素，对于从大气中去除碳至关重要。

研究聚焦于通过生物固氮作用为植物提供氮的过程，即微生物(通常与植物共生)将空气中的氮气转化为植物可利用的形式。例如，氮是叶绿素的重要组成部分，有助于植物通过光合作用将二氧化碳转化为能量，进而促进植物生长并储存碳。

然而，研究发现，包括草原和温带森林在内的许多自然区域，植物可利用的氮含量被高估。由卡拉·雷斯·埃利领导的国际科学家团队量化发现，先前对氮固定量的估计因采样偏差而偏高。实地测量时选取的自然区域固氮生物数量远高于全球平均水平，导致氮可用性估计不准确。

新研究涵盖了以前代表性不足的生态位，如灌木、草本植物等，有助于更准确地识别氮热点和沙漠。研究团队计算出，自然陆地生态系统中微生物的固氮量每年比之前估计的要低约2500万吨，相当于约113艘满载货物的集装箱船的氮气量。

巴特曼表示，更准确的生物固氮率有助于改进预测土地系统吸收二氧化碳量及气候变化影响的模型。然而，研究也揭示了农业系统中生物固氮增加可能带来的问题。固氮作物如大豆和苜蓿虽能维持土壤健康，但过量氮可能渗入地下水或流入湖泊溪流，导致藻类大量繁殖，危害水生生物。

此外，过剩的氮还会转化为一氧化二氮，这是一种强效温室气体。高氮水平还有利于快速生长的入侵植物，挤占本地物种生存空间，降低生物多样性。研究小组估计，仅农作物(不包括化肥)就使陆地生物固氮量相对于工业化前水平提高了64%。

雷斯·埃利呼吁对生物固氮进行更一致的测量和监测，以确保地面氮量适中，避免过量。由于在论文中的领导作用，雷斯·埃利还获得了美国生态学会生物地球科学分会颁发的Gene E. Likens青年科学家杰出出版奖。该奖项旨在表彰早期职业科学家并强调该领域的杰出工作。

更多信息： Carla Reis Ely，《全球陆地氮固定及其农业改造》，《自然》(2025)。