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(duì)不同尺度水-氮耦合過程、格局和機(jī)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(duì)性和有效性。
針對(duì)該現(xiàn)實(shí)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(diǎn)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(jìn)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(dòng)態(tài)（土壤水分運(yùn)動(dòng)）兩個(gè)方面，分別闡述了它們對(duì)氮素循環(huán)的影響機(jī)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(dòng)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(shí)也是溶解態(tài)氮和溶解態(tài)碳運(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)力。
在此基礎(chǔ)上，論文指出在傳統(tǒng)的研究中，由于缺乏對(duì)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(shí)空變化過程；②氮素輸移循環(huán)模型缺乏嚴(yán)格的土壤水文機(jī)理而土壤水文模型缺乏嚴(yán)格的氮生物地球化學(xué)機(jī)理；③小尺度觀測(cè)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(cè)工具可視化土壤水文過程，并將其與先進(jìn)的氮素實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jì)、快速地解決各自模型中機(jī)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(shí)現(xiàn)空間尺度的上升。
論文對(duì)于加強(qiáng)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(qiáng)的意義。三位審稿人均給出了很高的評(píng)價(jià)，認(rèn)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(jī)制和模擬的理解，為相關(guān)的研究工作提供了十分有價(jià)值的解決辦法。
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