近日，草业与草原学院董世魁教授团队在国际知名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment发表了题为“Long-term nitrogen deposition weakens the CH4 sink capacity, but enhances the CO2 and N2O source potential of the alpine grassland soil”的研究论文。该研究基于青藏高原5年氮沉降模拟实验，揭示了年际变异性是驱动高寒草地温室气体通量的首要因素，其影响超过草地类型和氮沉降水平，并阐明了人工草地在氮沉降下具有更高的温室气体排放风险。

氮沉降是驱动全球变化的重要因素之一。青藏高原高寒草地生态系统对氮富集极为敏感，但长期氮沉降对其温室气体（CH4、CO2、N2O）通量的影响尚不明确。本研究通过4个氮添加水平（0、8、24、40 kg N·ha-1·yr-1）持续5年的野外控制实验，系统解析了不同草地类型（高寒草甸、高寒草原、人工草地）温室气体通量的响应规律与驱动机制。

图1 2016-2020年不同氮添加水平下CH4、CO2和N2O通量在三种草地类型中的年际变化趋势

研究结果表明，年际气候波动是调控温室气体通量的首要因素。2016-2020年间，高寒草地CH4吸收持续减弱，CO2排放持续增强，N2O排放增幅最为显著。方差分解显示，年际变异性对CH4、CO2和N2O通量的贡献率均超过草地类型和氮沉降水平的贡献。氮沉降对三种温室气体表现出差异化调控效应。所有氮处理均显著削弱了土壤CH4汇功能，中氮和高氮处理则显著促进了CO2和N2O排放，其中N2O排放分别增加27.90%和19.09%。值得注意的是，人工草地的CH4吸收能力最低（-73.61 μg·m-2·h-1），同时其CO2和N2O排放最高，表明人工草地对氮沉降更为敏感，凸显了天然草地在维持区域温室气体汇功能中的生态缓冲优势。

植物群落和土壤微生物也发生了深刻变化。5年间总地上生物量增加353.60%，其中禾草生物量激增，植物群落向禾草主导方向转变。同时，与温室气体相关的微生物功能基因丰度大幅提高，其中pmoA（甲烷氧化）基因增幅达753.03%。

图2 结构方程模型揭示CH4、CO2和N2O通量的驱动路径及标准化效应

结构方程模型进一步揭示了温室气体通量的调控机制。CH4通量受草地类型直接影响最大，微生物功能基因丰度和气候因子也发挥重要作用。值得注意的是，虽然5年间pmoA基因丰度激增753%，但CH4吸收并未增强，微生物数量的增加并未转化为功能提升。CO2排放主要受植物地上生物量和微生物基因的共同驱动。N2O通量则直接受氮沉降水平、土壤性质和微生物基因丰度的调控，其中微生物基因是最具影响力的驱动因子之一。

该研究明确了年际气候波动在高寒草地温室气体排放中的核心作用，揭示了氮沉降对三种温室气体的差异化调控规律。研究结果也反映出高寒草地温室气体通量调控机制的复杂性，表明亟需加强对内在机理的深入认识，尤其是人工草地对环境变化具有更高的脆弱性。

论文第一作者为草业与草原学院博士研究生史航，通讯作者为董世魁教授和崔晓庆副教授。该研究获得国家自然科学基金（32361143870；321013150）、国家重点研发计划（2023YFF1304303；2023YFF13043031）和中央高校基本科研业务费（BLX202268）的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.agee.2026.110565 

作者：史航

审核：纪宝明