摘要：Nature Geoscience发表了一项针对青藏高原沼泽草甸生态系统的十年野外增温实验研究。该研究通过连续监测土壤氮储量及28项氮循环关键参数，系统揭示了长期增温背景下土壤氮库的响应机制。结果表明，尽管前七年土壤氮储量未发生显著变化，但从第八年起，增温处理

Nature Geoscience发表了一项针对青藏高原沼泽草甸生态系统的十年野外增温实验研究。该研究通过连续监测土壤氮储量及28项氮循环关键参数，系统揭示了长期增温背景下土壤氮库的响应机制。结果表明，尽管前七年土壤氮储量未发生显著变化，但从第八年起，增温处理下表层土壤（0–10 cm）氮储量显著下降7.7%，该变化主要归因于植物氮固持增强、生态系统氮淋失与气态氮排放增加。本研究强调了永久冻土区土壤氮库对气候变暖的脆弱性，提示当前模型可能低估了冻土—气候反馈强度。

1 科学问题

永久冻土区储存全球约85–97 Pg的氮，其在气候变暖背景下的动态将直接影响植物生产力、微生物分解过程及温室气体N2O排放，进而调控冻土—气候反馈效应。然而，以往短期增温实验（3–6年）未能捕捉土壤氮库的长期变化趋势，导致我们对冻土氮循环响应机制的理解存在显著空白。因此，厘清长期增温下土壤氮库的动态轨迹及其驱动机制，对准确预测冻土区碳氮耦合过程及气候反馈具有重要意义。

2 研究方案

研究在青藏高原 Gangcha 县（37°45′N, 100°05′E）一处 discontinuous permafrost 沼泽草甸进行。自2013年起，布设10个区块，采用开顶箱（open-top chamber）进行主动增温，使表层土壤温度平均升高1.3°C。2014–2023年间，每年8月采集0–50 cm土壤样品，测定全氮含量与容重，计算氮储量。在增温第八年（2021年起），系统测定包括生物固氮速率、凋落物氮释放、土壤氮转化速率（如蛋白解聚、氨化、硝化、反硝化）、植物氮吸收策略（如氨基酸标记、氮重吸收效率）、氮淋失与N2O排放等28项指标，构建氮循环综合收支框架。

3 结论

土壤氮储量动态：前七年增温处理下土壤氮储量无显著变化（对照组：0.72 ± 0.02 kg/m²，增温组：0.67 ± 0.03 kg/m²，P = 0.053）；第八年起，表层氮储量显著下降7.74 ± 2.82%（对照组：0.69 ± 0.01 kg/m²，增温组：0.64 ± 0.02 kg/m²，P = 0.025）。深层土壤（10–50 cm）氮储量无显著变化。

机制解析：

植物氮固持增强：增温促进植物生物量与凋落物氮库积累，植物氮吸收总量增加，尤其对有机氮（如甘氨酸）吸收显著提升；叶片氮重吸收效率提高，根系酶活性与分泌物增加，进一步强化植物对氮的捕获能力。

微生物过程加速：增温显著提升蛋白解聚速率（P = 0.006）与硝化速率（P = 0.001），从而增加土壤无机氮供应，但也加剧氮淋失与气态损失。

氮输出增加：NO3-淋失速率显著上升（P = 0.007）；生态系统由N2O净汇转为净源（净通量由-0.014升至0.082 nmol/m²/s，P = 0.001），同位素示踪显示硝化过程对N2O生成的贡献从60.3%增至71.3%。

氮收支定量：DNDC模型模拟显示，土壤氮损失中植物吸收占29.6%，淋溶占14.8%，气态排放占13.3%，三者共同导致氮库下降。

4 不足与展望

本研究虽系统量化了主要垂直氮循环过程，但未涵盖侧向流动氮损失、其他气态氮形式（如HONO）及生物取食（如啮齿类、蜘蛛）等可能途径。未来需结合多同位素示踪与模型整合，进一步揭示氮循环的完整路径。此外，区域异质性（如北极、亚北极与高山冻土）对氮响应的影响仍需更多联网实验验证。

综上，该研究首次通过长期原位实验证实了冻土生态系统土壤氮库对增温的渐进式响应，为改进地球系统模型中碳—氮—气候反馈模拟提供了关键实证依据。

文章来源：生态环境科学

来源：新浪财经