干旱与氮沉降是影响陆地温室气体收支的重要全球变化因子。作为一种强效温室气体，甲烷（CH4）在全球变化研究中备受关注。温带草原作为大气CH4的重要生物汇，其吸收强度的微小变化都将对全球温室气体预算产生深远影响。在全球变暖背景下，不同类型的干旱模式如何与氮富集共同影响草原甲烷（CH₄）汇，长期以来仍缺乏系统认识。
近期，生态与环境学院徐柱文教授团队基于内蒙古典型草原连续4年的野外控制实验，揭示了不同干旱情景与氮添加对甲烷吸收的差异化影响。研究发现，生长季早期极端干旱、生长旺季持续缓慢干旱和降水频率减半均会削弱草原甲烷吸收，但影响的持续时间和恢复过程不同：早期极端干旱的抑制较短暂，降水频率降低造成的影响最持久；持续缓慢干旱的效应则随年份湿润程度而变化。单独氮添加对甲烷通量影响不显著，但在持续缓慢干旱下可使甲烷吸收平均提高约19% （图1）。
图1. 干旱和氮添加对CH4通量的影响，负值表示CH4吸收
研究进一步指出，氮添加抑制了耐旱真菌群落的过度增殖，从而削弱了真菌对甲烷氧化菌的空间与基质竞争，优化了甲烷氧化菌的微环境。三种干旱情景下草地CH4汇受地上-地下路径共同调控，其中半灌木冷蒿（Artemisia frigida）的作用尤为突出（图2）。早期极端干旱ID主要通过降低上一年地下净初级生产力和积累溶解性有机氮削弱CH4汇，氮添加进一步放大DON的抑制效应。持续缓慢干旱通过减少丛枝菌根真菌（AMF）限制CH4和O2扩散。冷蒿已被证实具备在有氧条件下直接释放植物源CH4的能力，其形态扩张增加了植物体介导的CH4排放，从而在生态系统尺度上显著抵消了土壤微生物的CH4氧化强度。减少降雨频率RF下，较大降雨脉冲促进冷蒿高度增加，放大冠层水平植物源甲烷排放，深层BNPPlag遗留效应调节深层底物供应，氮添加通过降低土壤湿度、改善气体扩散增强CH4吸收。
图2 三种干旱情景下干旱和氮添加影响CH4通量的结构方程模型
本研究在同一生态系统中系统比较了干旱强度、持续时间和降水频率等不同维度，并揭示其与氮富集的交互作用及潜在机制。研究表明，在持续干旱背景下，适当的氮富集能够通过重塑土壤微生物竞争格局，增强草原生态系统的甲烷汇稳定性。评估未来气候变化下草原甲烷汇的稳定性，需综合考虑降水格局、氮输入、植物性状和土壤微生物过程，为草原温室气体收支评估与生态管理提供了依据。
上述研究结果以“Contrasting CH₄ flux responses to distinct drought regimes and nitrogen enrichment in a temperate steppe”为题于2026年10月20日在线发表于卓越期刊《New Phytologist》。内蒙古大学生态与环境学院博士研究生都兰为论文第一作者，徐柱文教授为论文通讯作者。课题组研究生张加涛、申颜、罗永红、张金宝、田茹共同参与了本项研究。该研究得到了内蒙古自治区科技计划项目（2025YFDZ0062）、国家自然科学基金（32060284, 32571834）等项目的资助。
原文链接：https://dor.org/10.1111/nph.71677
（初审：刘浩晨 复审：张庆 终审：胡利春）
