大气氮沉降是影响生态系统过程和功能的重要环境因素，明晰土壤氮流失对氮沉降的响应规律和机制有助于深入理解生态系统对氮沉降的响应，是当前研究的前沿与热点。近期，贡嘎山站常瑞英研究员团队围绕我国山地氮沉降的通量、动态变化及生态效应展开了一系列研究，取得了系列成果。
大气活性氮沉降具有显著的区域和生态系统系统差异性。当前研究表明我国总体大气氮沉降呈现降低趋势，但并不清楚我国山地大气氮沉降的状态及其趋势，限制了对氮沉降时空格局分异以及由氮沉降驱动的生态效应评估的深入理解。团队通过文献数据整合，系统分析了中国山地区域大气氮沉降的通量及其时空格局。结果发现，中国山地氮沉降通量在过去20年间呈显著增加趋势，尤其是西南和东北地区的山地氮沉降增速较为明显，与中国农田和整体大气氮沉降降低的趋势相反（图1）。考虑到我国山地大国的特征，需要针对山地氮沉降开展更为广泛的监测和研究，减小当前评估的不确定性。
为了揭示山地森林土壤氮损失响应氮沉降的关键过程机理，研究组针对土壤氮流失的两个主要途径（液态氮流失和气态氮损失），利用贡嘎山多水平氮沉降平台进行长期定位研究，结合土壤氮淋溶原位实验与土壤氧化亚氮（N2O）排放高频观测平台揭示了氮添加对土壤液态氮流失及气态氮损失的影响及其机制。通过8年长期定位观测和土壤淋溶液的高频采样分析，研究发现仅高氮添加显著地提高了土壤有机质层中总溶解性氮（TDN）的浓度及通量；然而，不论何种氮添加处理水平，溶解性有机氮（DON）一直是土壤氮淋溶的主要形式。研究同时发现氮添加对氮淋溶的刺激作用随时间减弱（图2），结合同位素示踪法揭示这一现象可能与高寒森林强烈的氮吸收有关。这一结果可能表明，高寒森林具有较强的生态韧性，能够在面对长期氮沉降时逐渐适应，并通过植物对氮的有效吸收减少土壤液态氮的流失。
除土壤液态氮的流失外，研究团队还重点探讨了氮沉降对山地森林土壤N2O排放损失的影响。研究表明，氮添加显著增加了短期（脉冲排放）和长期土壤N2O的排放，但其调控机制有所不同。氮添加4小时后会立刻引起土壤N2O的脉冲排放，表现为高氮添加强于低氮添加，且该脉冲排放持续约1-2周左右。土壤氮有效性的提高是引起N2O的脉冲排放的主控因子。然而，N₂O的年际排放量并未与土壤氮有效性成正比。相反，土壤微生物功能基因的比值，尤其是与N₂O生成与还原相关的基因比值（nirK+nirS）/nosZ，是决定长期N₂O排放的重要因素（图3）。结合全球尺度的meta分析显示底物和微生物功能基因共同决定了N2O排放的空间变异，进一步支持了该研究结论。这一研究通过高频监测揭示了氮沉降对土壤N2O排放影响在不同时间尺度的调控机制，并突出了微生物功能基因在调控N2O长期排放中的关键作用，进一步深化了氮沉降背景下气态氮损失机制的理解。
上述研究深化了对我国山地氮沉降的时空格局、土壤液态氮淋溶及气态氮损失的理解，为未来氮沉降背景下山地森林功能变化的认识提供了科学依据，并得到了国家自然科学基金、中国科学院青促会优秀会员、成都山地所自主部署基础创新项目、四川省科学基金及成都山地所人才引进项目的资助。上述文章的第一作者均为在读博士研究生彭圆睿，相关研究成果发表在 Atmospheric Environment、Journal of Geophysical Research: Biogeosciences、Communications Earth & Environment 上。
氮沉降对土壤液态氮流失的影响
氮沉降对土壤气态氮损失的影响及其机制