摘要
植物生长所需的氮超过 90%来自土壤微生物分解矿化有机氮和叶片凋落前的重吸收两个过程。土壤氮矿化是生态系统氮循环中的重要微生物过程，而养分重吸收是一种植物自身适应性策略，它们与环境波动密切相关。降水是影响土壤氮循环的重要因素之一。气候模型预测，气候变暖会加剧全球水文循环过程，进一步改变区域和全球降水格局。这些变化不仅表现为平均降水量、强度和频度的改变，同时也包括降水季节的变化。降水季节变化对调节生态系统生产力和物候学至关重要，并可能对土壤氮矿化和氮重吸收产生深远影响，尤其在水分受限的干旱半干旱地区。但是，目前关于降水季节变化对陆地氮循环影响及其内在机理的研究鲜有报道。 本研究采用野外控制实验手段，依托 2013 年建立在内蒙古半干旱草地的降水季节置换实验平台(互换6月份和7月份降水、互换8月份和9月份降水以及两者同时互换)，研究提前、推迟以及同时提前和推迟生长季降水峰值对半干旱草地土壤氮矿化和植物氮重吸收的影响。取得的主要结果如下： (1) 分析 2020-2021 年土壤氮矿化数据发现，提前生长季降水峰值分别提高土壤氮净氨化、硝化和矿化速率45.8%、26.0%和84.4%，并在月份间存在显著差异。这主要是由于提前生长季降水峰值引起土壤湿度和微生物生物量氮在6月份均增加而在7月份均减少，致使6月份土壤氮转化速率的大幅度提高，7月份土壤氮转化速率的小幅度降低。推迟生长季降水峰值提高土壤净氨化速率55.7%，但对土壤净硝化和矿化速率没有影响。与推迟生长季降水峰值相比，提前生长季降水峰值对土壤氮矿化速率的影响更为显著。 (2) 分析2021年的克氏针茅、羊草、冷蒿和菊叶委陵菜四个物种及生态系统水平的氮重吸收效率数据发现，提前生长季降水峰值提高冷蒿(+8.23%, 绝对变化值)和生态系统(+6.02%)的氮重吸收效率，但是降低菊叶委陵菜的氮重吸收效率 3.89%。推迟生长季降水峰值分别降低克氏针茅、羊草、冷蒿、菊叶委陵菜和生态系统水平的氮重吸收效率16.5%、22.9%、10.8%、6.43%和20.4%。个体和生态系统水平氮重吸收效率的降低是由于个体物种枯叶氮含量的增加。 由此可见，在降水季节变化的情景下，半干旱草地土壤氮矿化对提前生长季降水峰值的响应更为敏感，而氮重吸收则对推迟生长季降水峰值的响应更为敏感。降水季节变化通过改变微生物和植物的生长环境，从而影响土壤氮矿化和植物重吸收效率。本研究结果可以为理解降水季节变化下的干旱半干旱地区氮循环过程提供理论依据。
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