氧化亚氮（N₂O）是一类重要的温室气体，在百年尺度上其增温潜势是二氧化碳的298倍。森林土壤的N₂O排放量占自然排放总量的30%以上，并且一直呈增加趋势。大气活性氮沉降的增加很大程度上加速了森林土壤N₂O排放。N₂O对氮沉降的响应及其机制可能随时间尺度的变化而发生变化，然而由于观测手段的限制，学术界对这一问题的认识有限，制约了N₂O排放机制的深入理解。贡嘎山站常瑞英课题组依托2014年在西南典型亚高山森林搭建的多水平模拟氮沉降试验平台和于2019年建立的土壤温室气体排放高频观测设备，针对土壤N₂O排放进行了连续2年、小时尺度的高频观测，并结合土壤理化性质分析和微生物功能基因测样探讨了不同时间尺度上森林土壤N₂O排放对氮沉降的响应及其机制。

结果显示，氮添加会同时促进土壤N₂O的短期排放（脉冲排放）和长期排放，但其影响机制有所差异。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，N₂O的脉冲排放通量约占年排放通量的6-20%（图1）。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氮有效性成正比。相反，土壤中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。进一步分析显示，底物并非调控N₂O年排放量的主要因素，微生物功能基因的变化是调控N₂O年排放的主要且直接的因素，而环境和底物间接影响N₂O的年排放通量（图2）。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（图3）。

本研究通过连续2年的高频监测，从多个时间尺度上详细刻画了亚高山森林土壤N₂O排放对氮添加的响应动态，结合相关驱动因子分析揭示了不同时间尺度上氮添加对亚高山森林土壤N₂O排放的调控作用。研究结果突出了微生物功能基因在氮添加下驱动N₂O排放的关键作用，对于准确预测N₂O排放及其对全球变暖的贡献具有重要意义。

该成果以题为“Temporal-scale-dependent mechanisms of forest soil nitrous oxide emissions under nitrogen addition”近期发表于Communications Earth & Environment，第一作为在读博士研究生彭园睿。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院青促会优秀会员、四川省科学基金及山地所人才引进项目的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-024-01680-5

图1. 氮添加引起的N₂O的脉冲排放

图2. 氮添加对土壤N₂O排放的调控机制

图3. 氮添加对土壤N₂O排放的影响及其影响因子的全球尺度Meta分析