模拟氮沉降下纳帕海高寒草甸土壤碳矿化的调控机制

摘要

【目的】氮沉降对湿地土壤碳矿化的影响过程及机制存在较大的不确定性，本研究旨在探明氮添加驱动高寒草甸土壤碳矿化的路径与机制。【方法】以纳帕海湿地疏花早熟禾草甸群落为研究对象，设置对照(0 g/（m²·a）)、低氮(5 g/（m²·a）)、中氮(10 g/（m²·a）)和高氮(15 g/（m²·a）)4种氮添加处理，分析氮沉降介导土壤微生物生物量碳氮、酶活性及理化环境变化对碳矿化的直接与间接影响。【结果】（1）相较于对照，低、中氮添加显著提高土壤碳矿化速率，增幅分别为22.84%和53.15%，而高氮添加对碳矿化速率无显著影响。（2）土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性随氮添加量的增加呈先升后降的趋势，均在中氮处理达最大值，比对照分别增加了34.78%、22.46%和70.47%，但氮添加对酸性磷酸酶活性无显著影响；氮沉降下土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性的变化显著影响碳矿化速率，其解释率分别为75.2%、82.4%和82.8%。（3）氮添加显著降低土壤pH值，但提高了含水率、总有机碳、全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮及微生物生物量碳氮含量；氮沉降下土壤碳矿化速率与pH值显著负相关，与全氮、水解氮及微生物生物量碳显著正相关。（4）结构方程模型表明，氮添加下土壤酶活性对碳矿化具有显著的直接作用，而pH值兼具直接和间接效应，土壤pH值、微生物生物量碳和氮素养分（全氮和水解氮）通过影响酶活性间接地调控碳矿化。【结论】氮沉降通过增加土壤氮素养分及微生物生物量碳进而提高酶活性，最终促进高寒草甸土壤碳矿化，但氮沉降引起的土壤酸化对碳矿化速率产生一定的抑制作用。

关键词

氮沉降 / 氮添加 / 湿地土壤碳矿化 / 酶活性 / 微生物生物量碳氮 / 氮组分 / 高寒草甸 / 纳帕海湿地