植物获取土壤氮和体内氮同化均需要消耗光合作用固定的碳，并释放到大气中，从而增加陆生系统的碳排放。生物化学研究表明，植物同化硝酸根、铵根和溶解有机氮的理论碳消耗分别为5.81、4.32和2.16 g-C/g-N。以往研究多强调氮对植物生长固碳的影响，而植物氮同化过程的碳消耗一直是陆生系统碳循环研究的“盲点”。此外，气候变暖会促进土壤氮转化，增加生物可利用氮特别是无机氮（硝酸根和铵根）的供给，同时提高植物生长的氮需求，这可能会增加植物对无机氮的同化比例与碳消耗，进而增加植物氮同化的总碳消耗。然而，气候变暖背景下植物氮同化的碳消耗变化研究仍是空白。
在国家自然科学基金项目（批准号：42125301、42221001、42330505）等资助下，中国科学院地球化学研究所刘学炎研究员团队及其合作者在全球陆生植物氮同化的碳消耗及其气候响应研究方面取得进展。研究成果以“变暖气候下植物氮同化的碳成本增加（Increased carbon cost for nitrogen assimilation in plants under a warming climate）”为题，于2025年10月6日在线发表在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-025-01816-y。
图 全球陆生植物氮同化的碳消耗及其对气候变暖的响应（a为全球陆生植物总氮、硝酸根、铵根和有机氮同化的碳消耗总量；b和c为变暖2.0°C情景下不同纬度植物总氮同化的碳消耗相对于当前的变化幅度）
研究团队基于此前建立的植物-土壤氮同位素过程新模型，量化了硝酸根、铵根和溶解有机氮同化对全球陆生植物总氮的贡献比例。在此基础上，结合全球陆生植物的碳氮比和总初级生产力，评估出当前全球陆生植物氮同化的碳消耗总量为208±12 Tg-C/yr（图a）。这一数值高于因森林火灾和退化产生的碳排放量，并与大气氮沉降所促进的森林固碳量相当，表明这一隐性碳支出应纳入陆生系统碳平衡核算。此外，研究模拟了全球平均2.0°C变暖情景下不同形态氮对植物总氮的贡献，结合对应的碳氮比和总初级生产力模拟数据，估算出此情景下陆生植物氮同化的碳消耗总量为249±15 Tg-C/yr（图a），较当前水平增加47%（41±19 Tg-C）（图b）。其中，热带、温带和寒带地区分别增加9%、62%和105%（图c）。气候变暖不仅增加了土壤无机氮的供应及其对植物氮同化的贡献，同时也使植物氮同化过程的碳消耗更多，这种效应在高纬度地区尤为明显（图b）。该研究揭示了植被碳氮循环过程耦合及其气候响应与反馈的新机制，为全球碳平衡精细化核算及未来碳中和与气候应对策略制定提供了科学依据。