作為地球表層系統(tǒng)的重要過程，土壤水文和氮循環(huán)及其交互作用影響著地球關(guān)鍵帶的生物生產(chǎn)力、物質(zhì)能量傳輸、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等問題。然而傳統(tǒng)的研究中二者相割裂，制約了人們對不同尺度水-氮耦合過程、格局和機制的理解，削弱了氮素利用率和面源氮素排放調(diào)控措施的針對性和有效性。
針對該現(xiàn)實和科學(xué)問題，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所研究員朱青、楊桂山及其合作者（Castellano 教授@Iowa State University）近期在Earth-Science Reviews 期刊發(fā)表觀點性論文Coupling soil water processes and nitrogen cycle across spatial scales: Potentials, bottlenecks and solutions。
論文在綜述土壤水文和氮素循環(huán)近期研究進展的基礎(chǔ)上，將土壤水文過程分為靜態(tài)（土壤水分分布）和動態(tài)（土壤水分運動）兩個方面，分別闡述了它們對氮素循環(huán)的影響機制。靜態(tài)土壤水文過程不僅是植物氮素利用的重要媒介，也影響土壤中的空氣含量，從而決定著土壤好氧厭氧環(huán)境和氧化還原電位，最終作用于氮素的礦化、硝化和反硝化等過程；而動態(tài)土壤水文過程不僅通過決定土壤水分的空間分布來影響氮素循環(huán)，同時也是溶解態(tài)氮和溶解態(tài)碳運移的主要驅(qū)動力。
在此基礎(chǔ)上，論文指出在傳統(tǒng)的研究中，由于缺乏對土壤水文和氮素循環(huán)耦合的關(guān)注，存在著以下瓶頸：①黑箱化處理氮素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化的時空變化過程；②氮素輸移循環(huán)模型缺乏嚴格的土壤水文機理而土壤水文模型缺乏嚴格的氮生物地球化學(xué)機理；③小尺度觀測的土壤水-氮耦合過程的空間尺度難以上升。
最后，論文提出了解決這些研究瓶頸的可能方法：通過地球物理探測工具可視化土壤水文過程，并將其與先進的氮素實時監(jiān)測探頭相結(jié)合，打開土壤水-氮耦合的黑箱；集成土壤水文與氮素循環(huán)模型，從而經(jīng)濟、快速地解決各自模型中機制的缺陷；基于水文土壤功能單元的概念，通過土壤水-氮耦合模型構(gòu)建氮素循環(huán)關(guān)鍵參數(shù)與水文-土壤-景觀的定量關(guān)系，實現(xiàn)空間尺度的上升。
論文對于加強土壤水文與碳氮循環(huán)交叉研究方向，提升土壤水-氮耦合過程的理解和模擬，以及調(diào)控面源氮素污染等均具有較強的意義。三位審稿人均給出了很高的評價，認為論文深入且發(fā)人深省地提出了土壤水-氮耦合瓶頸，深化了土壤水-氮耦合過程、機制和模擬的理解，為相關(guān)的研究工作提供了十分有價值的解決辦法。
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