草地学报

氮添加对高寒草甸表层土壤有机碳及其组分的初期影响

PDF下载

草地学报 | 研究论文 2026,34(6): 2077-2089

收起

草地学报 |研究论文 2026 , 34 (6) : 2077 -2089

氮添加对高寒草甸表层土壤有机碳及其组分的初期影响

全屏

岳磊^1,2, 唐庄生^1,2, 孟天乐^1,2, 杨健^1,2, 马晶^1,2, 张文柳^1,2, 杨洁^1,2

作者信息

作者简介:

岳磊(2000-),男,汉族,甘肃榆中人,硕士研究生,主要从事草地土壤碳循环研究,E-mail:yuelei5.22@foxmail.com

Initial Effects of Nitrogen Addition on Surface Soil Organic Carbon and its Components in an Alpine Meadow

YUE Lei^1,2, TANG Zhuang-sheng^1,2, MENG Tian-le^1,2, YANG Jian^1,2, MA Jing^1,2, ZHANG Wen-liu^1,2, YANG Jie^1,2

Affiliations

doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.06.011

文章导航

摘要

收起

为揭示氮沉降对高寒草甸土壤有机碳（Soil organic carbon， SOC）及其稳定性的初期影响，本研究在祁连山东段开展野外氮添加试验，系统测定植被生物量、土壤理化性质、酶活性及SOC组分，并结合方差分解分析其主导因子。结果表明，氮添加显著提高地上生物量，但显著降低纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性（P<0.05）。颗粒有机碳（Particulate organic carbon， POC）含量和比例显著下降，而易氧化有机碳（Easily oxidizable organic carbon， EOC）和矿物结合态有机碳（Mineral-associated organic carbon， MAOC）显著升高（P<0.05）。POC主要受全磷和碳获取酶调控，MAOC与地上生物量、pH及β-葡萄糖苷酶密切相关，EOC则受速效磷和纤维素酶驱动。总体而言，SOC短期变化的解释率主要来自微生物生物量碳（Microbial biomass carbon， MBC， 17%）和溶解性有机碳（Dissolved organic carbon， DOC， 14.1%）。综上，氮添加通过促进植被碳输入、调节酶活性并重塑碳组分分配，增强了土壤的稳定碳库。本研究揭示了氮沉降下高寒草甸SOC稳定化的途径，对理解脆弱生态区碳循环机制及评估氮沉降条件下的碳汇潜力具有重要意义。

关键词

高寒草甸 / 氮添加 / 活性碳组分 / 碳库稳定性 / 方差分解

Abstract

收起

To elucidate the initial effects of nitrogen deposition on soil organic carbon （SOC） and its stability in alpine meadows， we conducted a field nitrogen addition experiment in the eastern Qilian Mountains. Aboveground biomass， soil physicochemical properties， enzyme activities， and SOC fractions were measured， and their key drivers were identified using variance partitioning. Nitrogen addition significantly increased aboveground biomass but reduced cellulase and β-glucosidase activities （P<0.05）. Particulate organic carbon （POC） content and proportion decreased markedly， whereas easily oxidizable organic carbon （EOC） and mineral-associated organic carbon （MAOC） increased significantly （P<0.05）. POC dynamics were mainly regulated by total phosphorus and carbon-acquiring enzymes， MAOC was closely associated with aboveground biomass， pH， and β-glucosidase， while EOC was primarily driven by available phosphorus and cellulase. Overall， microbial biomass carbon （17%） and dissolved organic carbon （14.1%） primarily explained short-term SOC variations. In summary， nitrogen addition enhanced soil carbon pool stability by promoting plant carbon inputs， modulating enzyme activities， and reshaping the distribution of SOC fractions. These findings reveal the pathways through which nitrogen deposition stabilizes SOC in alpine meadows， providing critical insights into carbon cycling processes and the carbon sequestration potential of fragile ecosystems under nitrogen enrichment.

Key words

Alpine meadow / Nitrogen addition / Activated carbon components / Carbon pool stability / Variance decomposition

引用本文

岳磊, 唐庄生, 孟天乐, 杨健, 马晶, 张文柳, 杨洁. 氮添加对高寒草甸表层土壤有机碳及其组分的初期影响. 草地学报, 2026 , 34 (6) : 2077 -2089 . DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.06.011

YUE Lei, TANG Zhuang-sheng, MENG Tian-le, YANG Jian, MA Jing, ZHANG Wen-liu, YANG Jie. Initial Effects of Nitrogen Addition on Surface Soil Organic Carbon and its Components in an Alpine Meadow[J]. Acta Agrestia Sinica, 2026 , 34 (6) : 2077 -2089 . DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.06.011

基金

收起

国家自然科学基金项目 (32360345); 中国农业大学对口支援项目 (GSAU-DKZY-2024-004); 甘肃农业大学伏羲青年英才 (GAUfx-04Y06); 甘肃省杰出青年基金 (24JRRA632)

参考文献

收起

文献

收起

参考文献引证文献

排序方式：

WANG L H，YEN H，E X，et al. Dissolved organic carbon driven by rainfall events from a semi-arid catchment during concentrated rainfall season in the Loess Plateau， China[J]. Hydrology and Earth System Sciences，2019，23（7）：3141-3153
YANG C Y. Changes of soil organic carbon and active carbon fraction by different artificial grasslands in Sanjiangyuan area[D]. Lanzhou：Gansu Agricultural University，2024：1-19 杨才艳. 三江源区不同人工草地对土壤有机碳及活性碳组分变化规律研究[D]. 兰州：甘肃农业大学，2024：1-19
CHEN Y Z. Responses of vegetation and soil of Achnatherum inebrians-type degraded alpine grassland to grazing systems and restoration measures in the eastern Qilian Mountains[D]. Lanzhou：Gansu Agricultural University，2024：1-2 陈彦珠. 东祁连山醉马草型退化高寒草地植被和土壤对放牧制度和恢复措施的响应[D]. 兰州：甘肃农业大学，2024：1-2
WANG X F，MA Y，ZHANG G F，et al. Relationship between plant community diversity and ecosystem multifunctionality during aalpine meadow degradation[J]. Acta Agrestia Sinica，2021，29（5）：1053-1060 王晓芬，马源，张格非，等. 高寒草甸退化阶段植物群落多样性与系统多功能性的联系[J]. 草地学报，2021，29（5）：1053-1060
ZHANG F W，LI H Q，ZHU J B，et al. Context dependencies in the responses of plant biomass and surface soil organic carbon content to nitrogen addition and precipitation change within alpine grasslands[J]. Agriculture， Ecosystems & Environment，2025，381：109475
BAO Z P，LIN D，LIU X P，et al. Effects of intensities grazing on soil organic carbon and its fractions in alpine meadow[J/OL]. https：//link.cnki.net/urlid/11.3362.S.20250610.1423.008，2025-06-10/2025-11-23 包志鹏，林栋，刘雪鹏等. 放牧强度对高寒草甸土壤有机碳及其组分的影响[J/OL]. https：//link.cnki.net/urlid/11.3362.S.20250610.1423.008，2025-06-10/2025-11-23
HAN L F，SUN K，JIN J，et al. Some concepts of soil organic carbon characteristics and mineral interaction from a review of literature[J]. Soil Biology and Biochemistry，2016，94：107-121
LEHMANN J，KLEBER M. The contentious nature of soil organic matter[J]. Nature，2015，528（7580）：60-68
ZHOU Z H，LIU L，HOU L. Soil organic carbon stabilization and formation： mechanism and model[J]. Journal of Beijing Forestry University，2022，44（10）：11-22 周正虎，刘琳，侯磊. 土壤有机碳的稳定和形成：机制和模型[J]. 北京林业大学学报，2022，44（10）：11-22
UTOBO E B，TEWARI L. Soil enzymes as bioindicators of soil ecosystem status[J]. Applied Ecology And Environmental Research，2015，13（1）：147-168
LIU Y J，WANG W J，LI M，et al. Effects of different rotation modes of sweet potato on soil organic carbon components and carbon conversion enzyme activities[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences，2024，53（2）：65-74 刘亚军，王文静，李敏，等. 甘薯不同轮作模式对土壤有机碳组分及碳转化酶活性的影响[J]. 河南农业科学，2024，53（2）：65-74
FU W，WU H，ZHAO A H，et al. Ecological impacts of nitrogen deposition on terrestrial ecosystems： research progresses and prospects[J]. Chinese Journal of Plant Ecology，2020，44（5）：475-493 付伟，武慧，赵爱花，等. 陆地生态系统氮沉降的生态效应：研究进展与展望[J]. 植物生态学报，2020，44（5）：475-493
LI J，WEN Y C，LI X H，et al. Soil labile organic carbon fractions and soil organic carbon stocks as affected by long-term organic and mineral fertilization regimes in the North China Plain[J]. Soil and Tillage Research，2018，175：281-290
WEI K Q，ZHAO J W，ZHANG Q B. Effects of phosphorus application on soil respiration rate and active organic carbon components of alfalfa[J]. Acta Prataculturae Sinica，2024，33（2）：80-92 魏孔钦，赵俊威，张前兵. 施磷对紫花苜蓿土壤呼吸速率及活性有机碳组分的影响[J]. 草业学报，2024，33（2）：80-92
CHEN S S，WANG M，ZHANG C，et al. Effects of different grazing intensities on soil active organic carbon in Leymus chinensis meadow steppe in Hulunbuir[J]. Chinese Journal of Soil and Fertilizer，2023（11）：16-24 陈思思，王淼，张楚，等. 不同放牧强度对呼伦贝尔羊草草甸草原土壤活性有机碳的影响[J]. 中国土壤与肥料，2023，（11）：16-24
YANG H，PENG X Y，YANG S Q，et al. Effects of land use types on soil organic carbon and soil labile organic carbon in karst faulted basin of southern Yunnan[J]. Acta Ecologica Sinica，2022，42（17）：7105-7117 杨桦，彭小瑜，杨淑琪，等. 滇南喀斯特断陷盆地土地利用方式对土壤有机碳及其活性组分的影响[J]. 生态学报，2022，42（17）：7105-7117
FENG J G，ZHANG Q F，YUAN X，et al. Effects of nitrogen and phosphorus addition on soil organic carbon： Review and prospects[J]. Chinese Journal of Plant Ecology，2022，46（8）：855-870 冯继广，张秋芳，袁霞，等. 氮磷添加对土壤有机碳的影响：进展与展望[J]. 植物生态学报，2022，46（8）：855-870
LI R，CHANG R Y. Effects of external nitrogen additions on soil organic carbon dynamics and the mechanism[J]. Chinese Journal of Plant Ecology，2015，39（10）：1012-1020 李嵘，常瑞英. 土壤有机碳对外源氮添加的响应及其机制[J]. 植物生态学报，2015，39（10）：1012-1020
CHEN J G，JI C J，FANG J Y，et al. Dynamics of microbial residues control the responses of mineral-associated soil organic carbon to N addition in two temperate forests[J]. Science of the Total Environment，2020，748：141318
JANSSENS I A，DIELEMAN W，LUYSSAERT S，et al. Reduction of forest soil respiration in response to nitrogen deposition[J]. Nature geoscience，2010，3（5）：315-322
CHEN J G，WEN X，ZHENG C Y，et al. Nitrogen addition has contrasting effects on particulate and mineral-associated soil organic carbon in a subtropical forest[J]. Soil Biology and Biochemistry，2020，142：107708
ZHAO X，ZHOU H L，MA N，et al. Relationship between the body size of plateau zokor and climatic factors in breeding season in the eastern Qilian Mountain[J/OL]. https：//link.cnki.net/urlid/62.1156.S.20250313.1705.004，2025-03-14/2025-11-23 赵昕，周惠丽，马娜，等. 祁连山东段高原鼢鼠繁殖期体型特征与气候因子关系[J/OL]. https：//link.cnki.net/urlid/62.1156.S.20250313.1705.004，2025-03-14/2025-11-23
YANG F，ZHANG W T，ZHANG F M，et al. Climate characteristics and variation in the Qilian Mountains from 1961 to 2022[J]. Arid Zone Research，2024，41（10）：1627-1638 杨斐，张文韬，张飞民，等. 1961—2022年祁连山气候特征及其变化[J]. 干旱区研究，2024，41（10）：1627-1638
ZHANG B J， LI Z X，FENG Q，et al. Environmental significance of atmospheric nitrogen deposition in the transition zone between the Tibetan Plateau and arid region[J]. Chemosphere，2022，307：136096
ZHANG Y C，YANG W Q，WEI X Y，et al. Study on vegetation and soil characteristics of different types of grassland in Qilian Mountain National Park[J]. Chinese Journal of Grassland，2024，46（11）：23-34 张阳灿，杨文权，魏兴勇，等. 祁连山国家公园不同类型草地植被及土壤特征研究[J].中国草地学报，2024，46（11）：23-34
BAO S D. Soil and agricultural chemistry analysis[M]. 3rd ed.Beijing：Agriculture Press，2001：14-114 鲍士旦. 土壤农化分析[Ｍ]. 3版.北京：中国农业出版社，2001：14-114
CAMBARDELLA C A，ELLIOTT E T. Particulate soil organic‐matter changes across a grassland cultivation sequence[J]. Soil Science Society of America Journal，1992，56（3）：777-783
GAO X S，HE P，DENG L J，et al. Distribution characteristics of soil total organic carbon and particle organic carbon on the purple hilly region slopes[J]. Ecology and Environmental Sciences，2009，18（1）：337-342 高雪松，何鹏，邓良基，等. 丘陵区坡面土壤有机碳及颗粒有机碳分布特征[J]. 生态环境学报，2009，18（1）：337-342
LAI J S，ZOU Y，ZHANG S，et al. glmm. hp： an R package for computing individual effect of predictors in generalized linear mixed models[J]. Journal of Plant Ecology，2022，15（6）：1302-1307
LI L J，ZENG D H，YU Z Y，et al. Effects of nitrogen addition on grassland species diversity and productivity in Keerqin sandy land[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2009，20（8）：1838-1844 李禄军，曾德慧，于占源，等. 氮素添加对科尔沁沙质草地物种多样性和生产力的影响[J]. 应用生态学报，2009，20（8）：1838-1844
LI C L，LI Q，ZHAO L，et al. Responses of plant community biomass to nitrogen and phosphorus additions in natural and restored grasslands around Qinghai Lake basin[J]. Chinese Journal of Plant Ecology，2016，40（10）：1015-1027 李春丽，李奇，赵亮，等. 环青海湖地区天然草地和退耕恢复草地植物群落生物量对氮、磷添加的响应[J]. 植物生态学报，2016，40（10）：1015-1027
CAO F F，LIU R X，HUANG G Z，et al. Effect of short-term nitrogen addition on productivity and plant diversity of subalpine grassland in Qilian Mountains[J]. Acta Ecologica Sinica，2021，41（12）：5034-5044 曹丰丰，刘瑞雪，黄国柱，等. 短期氮添加对祁连山亚高山草地生产力及植物多样性的影响[J]. 生态学报，2021，41（12）：5034-5044
HE Y H，LIU X P，XIE Z K. Effect of nitrogen addition on species diversity and plant productivity of herbaceous plants in desert grassland of the Loess Plateau[J]. Journal of Desert Research，2015，35（1）：66-71 何玉惠，刘新平，谢忠奎. 氮素添加对黄土高原荒漠草原草本植物物种多样性和生产力的影响[J]. 中国沙漠，2015，35（1）：66-71
ZONG N，SHI P L. Differential responses of community structure and production， and the sensitivities of different alpine grasslands to nitrogen addition[J]. Acta Ecologica Sinica，2020，40（12）：4000-4010 宗宁，石培礼. 不同类型高寒草地群落结构与生产对施氮的响应及其敏感性[J]. 生态学报， 2020， 40（12）：4000-4010
TIAN M Y，YU C J，WANG J K，et al. Effect of nitrogen additions on soil pH， phosphorus contents and phosphatase activities in grassland[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2020，31（9）：2985-2992 田沐雨，于春甲，汪景宽，等. 氮添加对草地生态系统土壤pH、磷含量和磷酸酶活性的影响[J]. 应用生态学报，2020，31（9）：2985-2992
LONG M，WU H H，SMITH M D，et al. Nitrogen deposition promotes phosphorus uptake of plants in a semi-arid temperate grassland[J]. Plant and Soil，2016，408：475-484
SPOHN M，KUZYAKOV Y. Phosphorus mineralization can be driven by microbial need for carbon[J]. Soil Biology and Biochemistry，2013，61：69-75
WU J B，WANG X D. Responses of soil enzyme activities to nitrogen addition and its impact factors at the alpine steppe of northern Tibet[J]. Acta Agrestia Sinica，2021，29（3）：555-562 吴建波，王小丹. 藏北高寒草原土壤酶活性对氮添加的响应及其影响因素[J]. 草地学报，2021，29（3）：555-562
LIU C，CHEN J S，ZHU R F，et al. Meta-analysis of the impacts of nitrogen addition on biomass and soil organic carbon content of china grasslands[J]. Acta Agrestia Sinica，2025，33（7）：2078-2089 刘畅，陈积山，朱瑞芬，等. 氮添加对中国草地生物量和土壤有机碳含量影响的Meta分析[J]. 草地学报，2025，33（7）：2078-2089
ZHAO Y F，WANG X，JIANG S L，et al. Climate and geochemistry interactions at different altitudes influence soil organic carbon turnover times in alpine grasslands[J]. Agriculture， Ecosystems & Environment，2021，320：107591
QI Y，MULDER J，DUAN L，et al. Short-term effects of simulating nitrogen deposition on soil organic carbon in a Stipa krylovii steppe[J]. Acta Ecologica Sinica，2015，35（4）：1104-1113 祁瑜，MULDER J，段雷，等. 模拟氮沉降对克氏针茅草原土壤有机碳的短期影响[J]. 生态学报，2015，35（4）：1104-1113
ZHENG J J，FANG H J，CHENG S L，et al. Effects of N addition on soil organic carbon components in an alpine meadow on the eastern Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Acta Ecologica Sinica，2012，32（17）：5363-5372 郑娇娇，方华军，程淑兰，等. 增氮对青藏高原东缘典型高寒草甸土壤有机碳组成的影响[J]. 生态学报，2012，32（17）：5363-5372
LING J，DUNGAIT J A J，DELGADO-BAQUERIZO M，et al. Soil organic carbon thresholds control fertilizer effects on carbon accrual in croplands worldwide[J]. Nature communications，2025，16（1）：3009
LU X，HOU E，GUO J，et al. Nitrogen addition stimulates soil aggregation and enhances carbon storage in terrestrial ecosystems of China： A meta‐analysis[J]. Global Change Biology，2021，27（12）：2780-2792
ZHANG Y，LI P，MA T T，et al. Effects of "nature-artificial" vegetation on surface soil carbon distribution in typical watershed of the Loess Plateau[J]. Journal of Xi’an University of Technology，2017，33（4）：443-449 张祎，李鹏，马田田，等. 黄土高原典型流域“自然-人工”植被对土壤表层碳分布的影响[J]. 西安理工大学学报，2017，33（4）：443-449
LIU H M，ZHANG H F，ZHAO J N，et al. Effects of nitrogen addition on labile soil organic carbon and carbon pool management index of Stipa baicalensis steppe in Inner Mongolia， China[J]. Acta Prataculturae Sinica，2020，29（8）：18-26 刘红梅，张海芳，赵建宁，等. 氮添加对贝加尔针茅草原土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响[J]. 草业学报，2020，29（8）：18-26
BAI Y F， Cotrufo M F. Grassland soil carbon sequestration： Current understanding， challenges， and solutions[J]. Science，2022， 377（6606）：603-608
QI Y C，PENG Q，DONG Y S，et al. Reponses of soil total organic carbon and dissolved organic carbon to simulated nitrogen deposition in temperate typical steppe in Inner Mongolia， China[J]. Environmental Science，2014，35（8）：3073-3082 齐玉春，彭琴，董云社，等. 温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应[J]. 环境科学，2014，35（8）：3073-3082
ACIEGO PIETRI J C，BROOKES P C. Substrate inputs and pH as factors controlling microbial biomass， activity and community structure in an arable soil[J]. Soil Biology and Biochemistry，2009，41（7）：1396-1405
ZHU X F，KONG W D，HUANG Y M，et al. Soil microbial carbon pump conceptual framework 2.0[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2024，35（1）：102-110 朱雪峰，孔维栋，黄懿梅，等. 土壤微生物碳泵概念体系2.0[J]. 应用生态学报，2024，35（1）：102-110
SONG Y，YAO Y F，Kong W B，et al. Effects of vegetation loss and soil erosion intensity on soil carbon dynamics across landscape position： Evidence from China’s Loess Plateau[J]. Agriculture， Ecosystems & Environment，2026，396：109992
DONG Y H，ZENG Q C，AN S S，et al. Effects of different forest types on soil active organic carbon and soil humus composition in the Loess Plateau[J]. Journal of Soil and Water Conservation，2015，29（1）：143-148 董扬红，曾全超，安韶山，等. 黄土高原不同林型植被对土壤活性有机碳及腐殖质的影响[J]. 水土保持学报，2015，29（1）：143-148
SUN Y，ZHANG X J，YANG Y S，et al. Alpine meadow degradation regulates soil microbial diversity via decreasing plant production on the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Ecological Indicators，2024，163：112097
QIN J H，ZHANG X D，DONG S K，et al. Effects of nitrogen and phosphorus addition on soil organic carbon components of alpine grassland [J/OL].https：//link.cnki.net/urlid/21.1148.Q.20250826.1503.006，2025-08-26/2025-11-23 秦嘉豪，张晓东，董世魁，等. 氮磷添加对高寒草地土壤有机碳组分的影响[J/OL]. https：//link.cnki.net/urlid/21.1148.Q.20250826.1503.006，2025-08-26/2025-11-23
PAUL E A. Soil microbiology， ecology， and biochemistry in perspective[M]. New York：Academic Press，2007：3-24
TURNER B L，HOPKINS D W，HAYGARTH P M，et al. β-Glucosidase activity in pasture soils[J]. Applied Soil Ecology，2002，20（2）：157-162

2026年第34卷第6期

PDF下载

260

102

引用本文

BibTeX

文章信息

doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2026.06.011

接收时间：2025-09-08
首发时间：2026-09-23

补充材料

相关文章

文章信息

作者

出版历史

收稿日期：2025-09-08
修回日期：2025-09-27

基金

作者信息

参考文献

分享链接

https://castjournals.cast.org.cn/joweb/cdxb/CN/10.11733/j.issn.1007-0435.2026.06.011

分享至

全文二维码

扫描看全文

引用本文

BibTeX

本文的引用情况

2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

关闭全屏

BibTeX
EndNote
RefWorks
TxT