土壤气态氮损失是陆地氮循环的重要组成部分，与生态系统氮素收支、气候变化和大气环境密切相关。准确量化一氧化氮（NO）、氧化亚氮（N₂O）和氮气（N₂）的排放，并解析其产生途径，是认识土壤氮损失机制和制定减排措施的基础。然而，土壤环境具有高度异质性，多种微生物过程往往同时发生并相互耦合，常规气体通量测定虽能反映排放强度，却难以区分不同过程的贡献。以¹⁵N示踪和自然丰度N₂O同位素异位体位嗜值（SP）分析为代表的稳定氮同位素技术，为区分气态氮来源、解析产生机制和量化过程贡献提供了重要工具。

近日，中国科学院沈阳应用生态研究所稳定同位素生态学研究组结合自身在氮同位素方法建立与应用方面的研究工作，系统梳理了四类代表性氮同位素方法的理论基础、试验设计、计算框架、优势与局限及其在森林、农田等生态系统中的应用进展。其中，三库源解析法（three-pool source partitioning approach）用于区分土壤铵态氮、硝态氮和有机氮三个氮库对N₂O产生的相对贡献；成对¹⁵N标记与同位素配对结合法（Paired ¹⁵N-IPT）在厌氧或添加硝化抑制剂的条件下，通过分别进行¹⁵NH₄⁺和¹⁵NO₃^-标记，结合同位素随机配对原理，定量N₂产生速率，并区分反硝化、厌氧氨氧化和共反硝化对N₂损失的相对贡献；硝化抑制剂耦合¹⁵NO₃^-标记与同位素配对法（NI-coupled ¹⁵NO₃^--IPT）将自养硝化抑制与同位素配对及质量平衡相结合，在添加抑制剂处理下解析反硝化、共反硝化和异养硝化对N₂O产生的贡献，并通过与不添加抑制剂的平行处理比较，估算自养硝化的贡献。与成对¹⁵N标记或¹⁵N-¹⁸O双同位素等技术相比，该方法采用单一¹⁵NO₃^-示踪剂，可降低试验复杂性，并可在扩展的厌氧试验设计中进一步解析NO和N₂的产生途径；N₂O SP技术利用N₂O分子内中心位与末端位氮原子的δ¹⁵N差值开展N₂O来源解析，无需添加外源示踪剂，对土壤系统的扰动较小，适用于室内培养和田间原位研究。结合同位素映射法或FRAME模型，可进一步估算不同N₂O产生途径的相对贡献和未被还原的N₂O比例。

综述重点总结了中国学者在土壤氮同位素方法发展与应用中的代表性贡献，特别是在森林、农田等生态系统中对试验设计、示踪策略、同位素分析系统及解析框架与模型的改进。其中，稳定同位素生态学组在¹⁵N示踪与同位素配对技术的基础上，提出并建立了Paired ¹⁵N-IPT和NI-coupled ¹⁵NO₃^--IPT两种方法，为区分土壤气态氮产生途径、量化不同微生物过程的贡献提供了方法支持。文章进一步指出，未来应推动研究由室内培养向田间原位培养和原位标记拓展，提高分析仪器的灵敏度和稳定性，加强测定方法的标准化，并促进同位素方法、仪器与模型的融合，为精细化氮循环建模和优化气态氮减排策略提供理论与技术支持。

相关成果以“Soil gaseous nitrogen losses: Development and applications of nitrogen isotope approaches in China”为题，于2026年10月9日在线发表于《Soil Ecology Letters》。沈阳生态所魏欢欢副研究员为论文第一作者，方运霆研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2023YFD1500800）和国家自然科学基金（42430510、42407411）等项目资助。

图1 土壤气态氮损失研究中四类代表性氮同位素方法及其应用

论文链接：

https://journal.hep.com.cn/sel/EN/10.1007/s42832-026-0496-2