冰岛微生物开启囤积模式：氮元素去哪了，全球养分循环面临危机？

冰岛微生物正在“囤积”氮元素，这一变化或将扰乱全球养分循环

随着高纬度地区土壤温度的持续升高，土壤中的微生物处理氮等养分的方式正在发生深刻转变。通常情况下，这些微生物扮演着“氮回收者”的角色，它们从土壤中摄取氮，将其转化为植物易于吸收的无机形态——如铵和硝酸盐。发表在《全球变化生物学》上的一项新研究表明，在气温升高的背景下，微生物正在改变生存策略：它们开始为自己囤积更多的氮，从而减少了释放回环境中的总量。

这一微观层面的策略调整，改变了氮在生态系统中的流动路径，可能会抑制植被生长，并进而影响地球变暖的速率。

这些发现源于在冰岛惠拉盖尔济附近的亚北极草原上进行的实验。2008年，一场地震改变了该地受地热梯度影响区域的地下水流向，形成了土壤温度比正常水平高出0.5摄氏度至40摄氏度不等的斑块。这一地质事件将该地区转化为一个天然实验室，使研究人员能够在自然条件下，观测生态系统如何应对长期的气候变暖。

在此之前的研究已经表明，在变暖的土壤中，当植物尚处于休眠期时，微生物却变得异常活跃。结果是，微生物释放到土壤中的含氮化合物大量流失，它们或通过淋溶作用进入地下水，或作为强效温室气体——氧化亚氮逸散到大气中。

一项新的研究利用氮-15同位素追踪技术，深入揭示了这一过程的后续发展。科学家向土壤中添加了氮-15，以此追踪植物消耗了多少氮以及这些氮的去向。研究人员发现，在经历了最初的养分流失后，微生物在处理氮方面变得更加“保守”。它们开始在内部循环利用氮，而不是从土壤中摄取更多。

微生物停止了释放铵。铵是微生物正常代谢过程中富含氮的副产品，也是植物可利用的主要氮源。来自西班牙生态研究与林业应用中心的土壤科学家萨拉·马拉农·希门尼斯将这种副产品形象地称为微生物世界的“尿液”。

氮元素的“窃案”

这种氮循环模式的改变，对整个生态系统产生了深远的连锁反应。从某种角度看，它具有积极的一面，因为这种机制阻止了氮素的进一步流失。

来自瑞典农业科学大学的土壤微生物学家萨拉·哈林并未参与此项研究，她分析指出：“这项研究表明，氮不再以无机氮的形式释放，而是似乎直接进入了一个有机的内部循环。你可以说这是一个积极的方面，如果氮能以这种方式被保留下来，对生态系统而言或许更为有益。”

硬币的另一面是，微生物这种“囤积”养分的行为可能会降低植物可获取的氮含量。马拉农·希门尼斯解释道：“在植物与微生物之间存在着一种微妙的反馈机制：植物吸收氮，进行光合作用，并将碳作为有机物质存入土壤；而微生物则摄取这些有机物质，将其分解回收，并释放出植物可利用的氮形式。如果微生物开始固定并锁死氮元素，这可能会引发微生物与植物之间的激烈竞争。”

目前，该研究团队正致力于一项新的研究，旨在确定在气候变暖的极早期阶段——即养分尚未流失之前——土壤究竟发生了什么。“通过这种方式，我们希望能还原故事的‘前几章’，看看我们要错过了什么，”马拉农·希门尼斯表示。

为此，他们将普通土壤移植到受热区域，从最开始的阶段详细研究这一过程。“暴露在升温环境中的土壤，在5年后表现出的养分流失与10年后是相同的，”马拉农·希门尼斯指出，这暗示了大部分的养分流失其实发生在变暖的早期阶段。

温室效应的“定时炸弹”

这一发现对现有的气候模型提出了挑战。研究人员指出，气候模型可能低估了寒冷土壤中氮和碳的流失对全球变暖的助推作用。

在高纬度地区，养分循环的破坏可能代表着一个此前被长期忽视的温室气体排放源。随着冻土融化和土壤升温，微生物生态的改变不仅影响着当地的植被格局，更可能通过复杂的反馈回路，成为气候变化中一个隐蔽而关键的变量。

在冰岛那片蒸汽缭绕的实验场上，废弃的温室静静伫立，仿佛是气候变化对高纬度土壤产生强烈影响的一种无声隐喻。

那些肉眼不可见的微生物，在土壤的孔隙间进行着一场关乎生存的博弈。它们出于本能的“自保”与“囤积”，在微观尺度上重塑着化学元素的流向，却在宏观尺度上，无意间拨动了全球碳氮平衡的齿轮。这或许是大自然最幽微的警示：在庞大的气候机器中，最微小的齿轮，往往承受着最关键的扭力。