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全球变化背景下，干旱事件日趋频繁，草地氮肥施用也愈加普遍。然而，不同类型的干旱（强烈干旱、持续干旱、降雨频次减少）对土壤碳排放的影响究竟有何差异？氮添加又是否与之叠加、协同或相互抵消？来自内蒙古大学的徐柱文教授团队历经四年野外控制实验，给出了机制层面的系统解答。

土壤呼吸（Rs）是陆地生态系统向大气释放 CO₂ 的最主要途径，由微生物分解有机质产生的异养呼吸（Rh）与植物根系产生的自养呼吸（Ra）共同构成。两者对干旱及氮素的响应往往不一致，导致总 Rs 的变化方向难以预测。在内蒙古典型草原，降水变化加剧与氮沉降增加正同步发生，厘清不同干旱情景及氮添加对 Rh 和 Ra 的差异化影响，对预测区域碳循环、指导草地管理具有重要意义。

研究团队依托2018年在锡林郭勒典型草原建立的野外控制实验，模拟三种干旱情景——生长季早期强烈干旱、生长旺季持续干旱和降水频率减半——以及氮肥添加，于2019—2021年采用密闭箱法同步测定 Rs 与 Rh（Ra 由差值推算），并结合土壤温湿度、微生物磷脂脂肪酸（PLFA）、胞外酶活性及物种特异性根系生物量等多项指标，通过结构方程模型解析干旱及氮沉降对Rs及其组分的影响路径。

研究发现，三种干旱情景对土壤呼吸的影响呈显著差异。强烈干旱在最干旱的2019年显著抑制了 Rs、Rh 和 Ra，但随后年份随降水恢复而迅速回升，说明其效应具有时间依赖性。持续干旱的抑制作用则更为显著且持久，三年平均使 Rs、Rh、Ra 分别降低 20.3%、12.0% 和 17.7%，长期水分亏缺超越了植物耐旱阈值，同步抑制了微生物活性和羊草（Leymus chinensis）根系生长。降雨频次减少使Rh 升高 10.6%，而 Ra 降低 18.6%，两者相互抵消，总 Rs 无显著变化；这一"对冲"现象的机制在于：单次大降雨脉冲刺激了以细菌为主导的微生物分解（Rh上升），而植物群落中杂类草占比增加则削弱了禾草根系的地下碳输入（Ra 下降）（图1）。

图1. 三种干旱情景和氮添加下非生物和生物因素对土壤异养呼吸（Rh，a，c，e）和土壤自养呼吸（Rh、b，d，f）影响的结构方程模型。

氮添加使 Rs 平均增加 5.3%，主要来自 Ra 的显著提升（+27.0%），Rh 则变化不显著。氮素缓解了植物氮限制、促进羊草根系生长，是 Ra 上升的主要路径。在所有干旱情景下，干旱与氮添加对土壤呼吸均无显著交互作用，表明水分与氮素通过相互独立的机制路径发挥作用——干旱主要经由土壤温湿度等非生物因子驱动 Rh 和 Ra，氮添加的效应则以根系生物量和微生物群落组成等生物因子为介导。

上述结果对草地生态系统管理具有重要启示。降雨频次减少时，总 Rs 表面稳定，但系统内部已发生从植物地下碳输入向微生物周转的结构性转移，意味着生产力下降的同时土壤碳库稳定性减弱。因此，稳定的土壤碳通量并不代表系统未受影响，评估草地碳平衡时须区分 Rh 与 Ra 的内在变化。对于氮肥施用，研究建议建立以降水情景为核心的"以水定肥"动态策略：在强烈干旱期施肥增效有限；在持续干旱条件下，适度氮肥可缓解植物氮限制，但需兼顾土壤微生物功能的维护；在降雨频次减少情景下，氮添加有助于维持禾草优势地位，支撑地下碳输入与草地生产力。将土壤水分监测或降水预测纳入施肥决策，是提升氮肥利用效率、平衡草地碳汇与牧草生产的关键所在。

研究成果以" Divergent responses of soil respiration to reduced rainfall amount and frequency, and to nitrogen fertilization in a typical steppe "为题，于2026年7月25日在线发表于环境生态领域经典期刊Journal of Environmental Management，内蒙古大学生态与环境学院在读博士生都兰为第一作者，徐柱文教授为通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2026.130562

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