降水增多如何加剧盐碱草地 N2O 排放？这项研究给出答案

为探究土壤氧化亚氮（N2O）通量对氮（N）添加和降水变化的响应及调控机制，研究人员在盐碱草地开展为期 3 年的实验。结果表明，N 添加显著增加 N2O 通量，降水增多会增强该效应。此研究为草地生态系统研究提供重要依据。

　　在全球气候变化的大背景下，氮（N）沉降不断增加，降水模式也发生着改变。氧化亚氮（N₂O）作为一种重要的温室气体，其在大气中的含量增加会对全球环境造成严重威胁。草地生态系统中，水和氮是主要的限制因素，因此 N 沉降和降水变化对草地生态系统的结构和功能有着深远影响。然而，在盐碱草地中，土壤 N₂O 通量对 N 添加和降水变化的响应及调控机制尚不明确，这阻碍了人们对气候变化下生态系统氮循环的准确预测。为了解决这些问题，来自中国的研究人员在山西省右玉县的右玉黄土高原草地生态系统国家研究站开展了一项为期 3 年（2021 - 2023）的田间实验，相关研究成果发表在《Agricultural Water Management》上。

研究人员采用随机完全区组设计，设置了 6 种处理，包括对照（CK，无 N 添加和降水变化）、N 添加（N）、降水增加 50%（P_+50%）、降水减少 50%（P_-50%）、N 添加且降水增加 50%（NP_+50%）以及 N 添加且降水减少 50%（NP_-50%）。通过多种技术方法对土壤 N₂O 通量、土壤净氮矿化、土壤 N 转化功能基因、植物生产力和群落等指标进行监测和分析。

在研究结果部分，首先是土壤性质和植物方面。研究发现，采样年份显著影响土壤温度（ST）、土壤含水量（SM）、铵态氮（NH₄⁺）、硝态氮（NO₃^-）、土壤 pH、地上净初级生产力（ANPP）、地下净初级生产力（BNPP）、植物丰富度和植物覆盖度。N 添加显著影响土壤 pH、NH₄⁺、NO₃^-含量和 ANPP，而降水变化对 ANPP 和 BNPP 无显著影响。

其次是土壤净氮矿化和 N 转化功能基因。土壤净氮矿化率呈现季节性波动和年际变化，N 添加显著提高土壤净硝化率（R_nit）和净氮矿化率（R_min），但降水变化对其影响不显著。N 添加显著影响氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）的丰度，对其他功能基因影响不明显，降水对多数功能基因无显著影响。

然后是土壤 N₂O 通量对 N 沉积和降水变化的响应。N 添加显著增加土壤 N₂O 通量，降水变化单独作用时对其无显著影响，但 N 添加与降水增加共同作用时，土壤 N₂O 通量显著增加，且 N 添加诱导的土壤 N₂O 排放相对变化随降水量增加呈指数增长趋势。

最后是土壤 N₂O 通量与相关因素的关系。土壤 N₂O 通量与 ANPP、R_nit、R_min呈正相关，与土壤 NO₃^-含量、AOA 基因丰度和植物丰富度密切相关。土壤微生物和植物对土壤 N₂O 通量的调控作用大于土壤环境因素，土壤 pH 通过影响土壤净氮矿化率和 N 转化功能基因间接调节 N 添加和降水增加对土壤 N₂O 通量的影响。

研究结论和讨论部分指出，N 添加显著增加土壤 N₂O 通量，这与土壤净氮矿化增加以及 AOA 基因丰度提高有关。降水变化单独作用时对土壤 N₂O 通量无显著影响，可能是由于对土壤水分含量和功能基因影响不明显。而降水增多会增强 N 添加对土壤 N₂O 通量的促进作用，这主要是通过促进植物生产力和增强反硝化过程实现的。该研究揭示了盐碱草地土壤 N₂O 通量对 N 添加和降水变化的响应模式和机制，为准确评估全球气候变化下陆地生态系统氮循环提供了重要依据，同时也为北方农牧交错带退化盐碱草地的恢复和利用提供了理论支持，有助于制定合理的水和肥料管理策略，减少温室气体排放。

研究人员在开展研究时，用到的主要关键技术方法包括：通过静态箱 - 气相色谱法监测土壤 N₂O 通量；采用埋 PVC 芯法测定土壤净氮矿化；利用实时荧光定量 PCR（RT - qPCR）技术检测土壤 N 转化功能基因的丰度；运用收获法和内生长芯法分别测定植物的地上和地下净初级生产力。这些技术方法的综合运用，使得研究能够从多个角度深入探究盐碱草地土壤 N₂O 通量的变化规律和影响因素，为研究结论的得出提供了坚实的数据支持。