降水格局改变加剧高寒草地氮沉降诱导碳汇的衰减风险

本研究针对气候变化下降水再分配如何影响氮(N)循环与碳(C)汇的关键科学问题，通过15NO3?/15NH4+示踪实验揭示：高寒草地在自然降水下年保留1.59 kg N ha?1（15NH4+）和1.27 kg N ha?1（15NO3?），但降水格局改变使保留率降低12.71%-19.04%，导致C汇减少11.39%-15.05%。该研究为预测气候变化下生态系统功能响应提供关键理论依据。

　　

论文解读

在全球气候变化背景下，极端降水事件频发已是不争事实。即便年降水量不变，降水时间的细微变化也可能像"蝴蝶效应"般引发生态系统连锁反应。高寒草地作为重要的陆地碳库，其碳汇功能高度依赖氮(N)循环，而氮沉降的生态效应又深受降水格局调控。然而，这个看似简单的"水-氮-碳"三角关系，却隐藏着令人担忧的科学盲区——当降水时间发生偏移，氮沉降还能持续促进碳汇吗？中国科学院新疆生态与地理研究所的研究团队在《CATENA》发表的研究成果，首次揭示了降水再分配如何通过破坏氮保留的"时间窗口"，导致高寒草地碳汇功能衰减的生态机制。

研究团队采用¹⁵N同位素双标记（¹⁵NO₃^?和¹⁵NH₄⁺）技术，在昆仑山高寒草地设置降水再分配实验（将生长季早期40%降水移至晚期），结合 stoichiometric scaling（化学计量尺度分析）方法，系统追踪了不同形态氮的归趋及其诱导的碳汇变化。

主要结果

1. 不同降水格局下¹⁵N回收响应
   自然降水下¹⁵NO₃^?和¹⁵NH₄⁺总回收率分别为77.62%和61.73%，但降水再分配使植物地上部¹⁵NO₃^?回收降低12.80%，生态系统总量减少16.64%（P<0.05）。这表明硝酸盐对降水时间变化更为敏感。

2. ¹⁵NH₄⁺与¹⁵NO₃^?的归趋差异
   土壤成为¹⁵NH₄⁺的主要"保险箱"，而¹⁵NO₃^?更多流向植物组织。降水改变主要影响植物地上部氮分配，对微生物影响不显著，这源于水分变化导致植物氮需求与土壤氮供应出现"时间错配"。

3. 氮诱导碳汇的衰减机制
   自然降水下氮沉降诱导碳汇为83.57 kg C ha^?1 yr^?1，但降水再分配使其衰减11.39%-15.05%。这种衰减主要源于：①植物氮获取减少导致生物量碳积累下降；②土壤氮保留降低影响有机质形成。

结论与意义
该研究首次量化了降水格局改变对高寒草地氮保留的"削峰"效应——就像打乱生态系统的"生物钟"，使本该在生长旺季发挥作用的氮肥"错过"植物需求高峰。更严峻的是，这种时间错配引发的氮流失，直接削弱了草地作为碳汇的"吸金"能力。研究团队Taotao Wang等提出的"氮滞留时间窗口"概念，为理解气候变化下生态系统功能响应提供了新视角。尤其在当前全球氮沉降持续高企的背景下，该成果警示：单纯关注氮沉降总量而忽视降水时序变化，可能导致碳汇预测严重偏差。这项来自世界屋脊的发现，不仅为高寒生态系统适应性管理提供科学依据，更凸显了将水文动态纳入碳氮耦合模型的重要性。