青藏高原高寒草甸土壤氮持留、转化与损失过程对低剂量氮输入的响应

低水平大气氮沉降能够显著改变氮限制草地生态系统的结构与功能，然而导致草地生态系统碳截存与损耗转变的氮素驱动机制至今尚不清楚。本项目以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象，基于高频率、多形态、低剂量的增氮控制试验，利用野外监测、实验室培养、同位素示踪、三维荧光光谱等方法，研究大气沉降氮在高寒草甸生态系统中的运移和分配，阐明生物和非生物因素对沉降氮持留的贡献；研究施氮类型和剂量对高寒草甸土壤氮转化和消耗、无机氮和有机氮淋溶以及N2O排放速率的短期与长期影响，阐明土壤溶解性有机质组成和结构稳定性随着施氮时间的变化，揭示土壤氮持留、转化、液态淋溶与气态排放之间的内在联系。研究结果有助于全面理解高寒草甸土壤氮循环关键过程对大气氮沉降的响应机制，补充和完善陆地生态系统碳素不平衡理论，有效降低碳源汇预测中的不确定性，并可为未来全球变化情景下高寒草甸生态系统碳氮管理提供理论依据。

低水平大气氮沉降能够显著改变氮限制草地生态系统的结构与功能，然而导致草地生态系统碳截存与损耗转变的氮素驱动机制至今尚不清楚。本项目以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象，基于高频率、多形态、低剂量的增氮控制试验，利用野外监测、实验室培养、同位素示踪、三维荧光光谱等方法，研究大气沉降氮在高寒草甸生态系统中的运移和分配，阐明生物和非生物因素对沉降氮持留的贡献；研究施氮类型和剂量对高寒草甸土壤氮转化和消耗、无机氮和有机氮淋溶以及N2O排放速率的短期与长期影响，阐明土壤溶解性有机质组成和结构稳定性随着施氮时间的变化，揭示土壤氮持留、转化、液态淋溶与气态排放之间的内在联系。研究结果表明：大气沉降氮输入到高寒草甸生态系统中，绝大部分持留在凋落物和表层土壤中，被植物固持的15N低于10%；由此可见大气氮沉降增加对放牧高寒草地生态系统的碳固定影响有限。施氮显著增加土壤无机氮含量，显著促进土壤氮素矿化、硝化和固持速率；同时施氮显著促进土壤N2O排放，且促进作用随着施氮剂量的增加而增加。施氮显著刺激了土壤分解微生物群落活性，增加表层土壤溶解性有机质中活性组分、降低惰性组分，亚表层响应正好相反；大气氮沉降增加改变土壤有机质的分解和腐殖化过程，进而降低青藏高原土壤溶解性有机碳含量。长期施氮显著改变表层原状土壤和不同粒径有机质的碳含量及其δ13C丰度，并且铵态氮肥的影响更加显著，低水平施氮增加而高水平施氮降低SOC储量，施氮水平的临界值为20 kg N ha-1 yr-1。新现成的碳主要持留在>250 μm的大团聚体中，损失的碳主要是MicroPOC组分；施氮增加表层土壤POC/MAOC比例，进而降低土壤有机质的不稳定性。研究结果加强了对高寒草甸土壤氮循环关键过程对大气氮沉降的响应机制的理解，补充和完善陆地生态系统碳素不平衡理论，有效降低碳源汇预测中的不确定性，为未来全球变化情景下高寒草甸生态系统碳氮管理提供了理论依据。