氮沉降對陸地生態系統關鍵有機碳組分的影響

曹叢叢，齊玉春，董云社，彭琴，劉欣超，孫良杰，賈軍強，郭樹芳，閆鐘清

(1.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101；2.中國科學院大學，北京 100049)

氮是影響陸地生態系統碳循環過程、改變其碳源匯特征的重要因素之一[1]。目前，氮輸入對碳循環過程的影響機制大致歸結為兩點：一方面，氮元素是植物體內蛋白質、核酸、酶和葉綠素等的重要組成部分，植物進行光合作用吸收CO2的同時也需要從土壤中吸收適量的可利用氮素構成生命有機體[2]；另一方面，作為陸地生態系統最關鍵的兩大生源要素，碳氮元素在植物有機體內以及土壤中常常維持一定的比例關系[3]，這種生物化學計量學比例關系在很大程度上控制著植物碳生產以及植物向土壤碳歸還等碳循環關鍵過程，并影響植物體內碳的積累與分配[4]，決定著陸地生態系統的碳源、匯功能。

對于大多數陸地生態系統而言，土壤中的可利用氮素相對于植物的生長需求往往是不足的，氮元素的缺乏影響到陸地生態系統凈初級生產力的形成，進而限制了植物對CO2的持續吸收[5]。尤其是在當今全球變化的背景下，未來大氣CO2濃度升高對植物體生產力增長的潛在促進效應使生態系統對氮的需求進一步增加，氮素對生態系統固碳能力的限制性作用會更加明顯，從而將在一定程度上減弱生態系統的碳匯潛力[6]。與此同時，在過去的一個世紀，由于化石燃料燃燒的日益增加以及其他人類活動的影響，人類已向大氣中排放了大量的含氮化合物，并由此導致大氣進入陸地生態系統的的大氣干、濕氮沉降也在逐年激增[4]。全球氮沉降在1990年已達103 Tg/年(1 Tg=1012g)，約為1860年31.6 Tg/年的3倍[7]，到2020年，發達地區(如北美洲)的氮沉降總量還將增加約25%左右，欠發達地區(如東南亞和拉丁美洲)的活性氮沉降也將至少增加1倍[8]。據2013年Nature雜志報道，從1980年至2010年，中國總的氮沉降量平均每年也以0.41 kg N/hm2的速率在增加，并且這種趨勢在未來的數十年內還將持續下去，進而帶來陸地生態系統氮素供應狀態的顯著改變[9]。此外，作為世界最大的發展中國家，中國每年消耗的肥料氮大于24 Tg，大約是全世界肥料氮使用量的30%左右[10]，并由此也帶來了一系列的環境問題。

土壤有機碳庫是陸地碳庫的重要組成部分[11]。據估計，全球陸地土壤碳庫量約為1500～2000 Pg C(1 Pg=1015g)，是陸地植被碳庫500～600 Pg C的2～3倍，是全球大氣碳庫750 Pg C的2倍多[12]，因此土壤碳庫在全球碳平衡中具有重要作用，尤其是土壤有機碳庫。土壤有機碳量(1500 Pg)約為陸地生物量碳(620 Pg)的2.4倍[13]，其動態平衡不僅直接影響土壤肥力和作物產量，而且其固存與排放對溫室氣體含量、全球氣候變化也有重要影響[14]。土壤有機碳是土壤質量評價和土地可持續利用管理中必須考慮的重要指標[15]，不合理的土地利用會導致大氣CO2濃度增加，加劇全球變暖的趨勢和與之有關的氣候變化。全球土壤有機碳每年分解釋放到大氣中的CO2達0.1～5.4 Pg/年，土壤有機碳庫0.1%的變化將導致大氣圈CO2濃度1 mg/L的變化[16]。因此，土壤有機碳的動態變化及其控制機制研究，不僅是土地資源可持續利用的重要基礎，而且對土壤碳循環與全球氣候變化的相互作用研究具有重要意義。

對于土壤有機碳庫，Patton等[17]依據土壤有機碳周轉速率的快慢將土壤有機碳又分成活性碳庫、慢性碳庫(緩效性碳庫)和惰性碳庫等。其中，活性碳庫即易分解碳庫，是易被土壤微生物分解礦化，對植物養分供應有最直接作用的那部分有機碳，如植物殘茬、根類物質、真菌菌絲、微生物及其滲出物如多糖等；介于活性和惰性碳庫之間的那部分為慢性碳庫，亦指難分解有機碳；惰性碳庫指土壤中存在的炭性碳和被物理保護的極難分解的那部分有機碳，其化學性質和物理性質穩定。在各種有機碳組分中，土壤活性有機碳能顯著影響土壤化學物質的溶解、吸附、解吸、吸收、遷移乃至生物毒性等行為，在營養元素的地球生物化學過程、成土過程、微生物的生長代謝過程、土壤有機質分解過程以及土壤中污染物的遷移等過程中均發揮著重要的作用，是易被微生物利用和轉化的有生命和無生命有機物質的多相混合體，近年來已成為土壤、環境和生態科學領域所關注的焦點和研究的熱點之一。國內外很多研究者依據土壤活性有機碳提取方法的不同，定義了不同的土壤活性有機碳表征形態，具體有：溶解性有機碳、易氧化碳、土壤潛在可礦化碳、微生物量碳、輕組有機碳、顆粒有機碳和熱水溶性有機碳等。趙明東等[18]研究發現作物產量與土壤微生物量碳呈顯著的正相關關系。李忠佩等[19]、劉德燕和宋長春[20]及陳濤等[21]研究證明，土壤溶解性有機碳和微生物量有機碳與土壤呼吸間有顯著的正相關關系。很多研究也表明土壤活性有機碳與CH4排放量有顯著關系[22-23]。另外，一些學者的研究還發現，活性有機碳對重金屬元素有吸附和解吸作用[24-26]。總之，包含溶解性有機碳、微生物量碳在內的土壤活性有機碳雖然在總有機碳庫的比例較低(DOC、MBC分別占土壤總有機碳庫的0.1%～6.5%和1%～5%)，但卻能夠靈敏、準確、真實地反映土壤有機碳的存在狀況以及土壤質量變化，因此其研究意義重大，是目前乃至未來十幾年的研究重點。

國際上自20世紀七八十年代初即開始了氮沉降對森林生態系統結構和功能的影響研究，但最初研究點較為分散，到90年代逐步形成研究網絡，研究內容也不斷拓展，目前研究較系統的觀測網絡主要包括歐洲的NITREX(NITRogen saturation Experiment，氮飽和試驗)，EXMAN(EXperimental MANipulation of Forest Ecosystems in Europe，歐洲森林生態系統試驗控制)，SFONE(Swedish Forest Optimum Nutrition Experiments, 瑞典最適森林營養試驗)以及美國麻薩諸塞州中部Havard森林的長期施氮研究(The Chronic Nitrogen Amendments Plots)、佛蒙特州Ascutney森林與緬因州Bear Brook watershed的氮沉降模擬試驗等，研究對象基本上以森林生態系統為主，研究地域主要集中在北美[27-30]和歐洲[31-34]，其他地區僅有零星散在研究。在我國，近些年來陸地生態系統碳、氮循環過程尤其是碳循環過程研究逐漸受到關注，但基本上以獨立研究碳、氮各自的循環過程居多，在外源氮輸入對陸地生態系統結構和功能影響的研究方面，除了早期為了促進農業生產可持續發展而進行了大量的氮肥對作物產量與土壤有機質含量的影響研究之外，目前針對自然生態系統的研究也大多集中在森林生態系統的研究上[7,10,35-40]，研究地點以亞熱帶森林生態系統與部分溫帶森林生態系統為主，農田生態系統[41-47]與東北濕地生態系統[48-51]近些年也陸續開展了一些相關研究。總的來說，相關研究較國際上起步略晚，且觀測多以短期測定為主，長周期的持續試驗數據較少，研究內容也多以對凋落物分解、土壤溫室氣體排放/吸收通量等某一環節的影響為主，缺乏氮輸入變化對土壤有機碳尤其是對其不同活性組分的長期系統研究。因此，在這種背景下，迫切需要加強外源氮輸入對陸地生態系統不同組分有機碳庫影響效應的系統科學試驗研究。文章綜述和分析了當前氮沉降對陸地生態系統土壤總有機碳(total organic carbon，TOC)、溶解性有機碳(dissolved organic carbon, DOC)、微生物量碳(microbial biomass carbon，MBC)等主要土壤有機碳組分影響的相關研究結果，以期對我國未來相關領域研究的開展提供參考。

1 氮沉降對土壤總有機碳(TOC)的影響

土壤總有機碳變化取決于進入土壤的生物殘體等有機物質的輸入與以土壤微生物分解作用為主的有機物質損失之間的平衡。其中，有機物質輸入量在很大程度上取決于氣候條件、土壤水分狀態、養分有效性、植被生長以及人類的耕種管理等因素，而土壤有機物質的分解速率則受制于有機物的化學組成、土壤水熱狀況及物理化學特性等[52]。

在對草地生態系統的研究中，Silveira等[53]在美國東南部的多年生草牧場(29°43′ N; 82°16′ W)施氮肥(NH4NO3，50，150，250 kg N/hm2·年)2年后采集0～20 cm土壤的分析結果表明：施氮肥對土壤TOC和總氮短期沒有影響，但高水平施氮導致了<53 mm的顆粒有機碳(particulate organic carbon，POC)的線性增加。與總有機碳相比，顆粒有機物對土壤管理措施(放牧、施氮等)更敏感[54-56]。另外，Zeng等[57]在中國科爾沁沙地草地5年的施氮(20 g N/m2·年)試驗中也未發現土壤TOC含量存在明顯變化；肖勝生[58]對中國內蒙古溫帶半干旱典型草原連續2個生長季(2008-2009年)的研究結果也表明，土壤表層TOC含量的季節變化較小，人為施氮對土壤TOC含量沒有明顯影響，并指出這是由于施氮對羊草群落生物量及初級生產力的促進作用與施氮對土壤有機質分解的促進作用相互抵消所致。另外，與土壤中總有機碳含量的高背景值相比，土壤總有機碳含量的細微變化往往不能被察覺和檢測到。同時，也正是因為土壤總有機碳含量變化比較緩慢，短期的研究尚不能很真實地反映TOC對氮輸入變化的響應。

相比草原土壤TOC，森林的研究開展較早也更深入些。樊后保等[59]對杉木人工林噴施2年的尿素(0，60，120，240 kg/hm2·年)處理后發現，隨著施氮水平的增加，土壤有機碳呈下降趨勢，而全氮含量則不斷上升，土壤C/N降低。Hueso等[60]在低生產率的半干旱地中海灌叢生態系統中施氮肥(NH4NO3，0，10，20，50 kg N/hm2·年)研究結果也顯示：沿著現存的氮梯度(4.3～7.3 kg N/hm2·年)土壤有機碳含量、C/N和β葡萄糖苷酶的活動都下降。這表明在氮沉降增加的情況下，低生產率地區的半干旱土壤并不能減緩增加的CO2排放量，在半干旱的地中海生態系統中，利用土壤評價現存N梯度影響的工作重點未來應放在土壤固氮酶和β葡糖苷酶上。而Nadelhoffer等[61]的調查則顯示，氮沉降增加能促進有機碳含量的升高。Huang等[62]在新西蘭15年的實驗(尿素，250 kg/hm2·年，施肥期為1993-1999年)也表明，在次生林里長期添加氮增加了土壤輕組和重組有機碳的流通以及起源于木質素的化合物的分解。然而，氮添加也提高了森林生產力，從而極大地增加了礦質土壤中的C輸入，彌補了施氮引起的土壤有機碳輸出的增加，從而提高了0～5 cm土壤層的TOC濃度。

對于農田生態系統，由于其長期的施氮管理，相對于其他自然生態系統相關研究相對較多。Huang等[63]在研究亞熱帶水稻(Oryzasativa)土時發現，施加氮磷鉀肥不會促進TOC的增加，只會大量增加閉塞顆粒有機碳和氨基酸氮。這是因為顆粒有機碳(POC)對表層土壤的植物殘體分解和根系分布變化很敏感，而施肥會對回歸土壤的植物殘體數量產生一定影響[64-65]。Wu等[66]在研究甘肅省內黃土高原小麥(Triticumaestivum)玉米(Zeamays)輪作田的黑壚土時發現，施加氮肥或氮磷肥的土壤中的TOC濃度最低，甚至比未施肥的對照樣地TOC更低，其原因可能是僅僅施加化學肥料會起到增強土壤有機質分解的作用。Ji和Rattan[67]在俄亥俄州農業研究和發展中心通過6年(2004-2009年)的柳枝稷(Panicumvirgatum)種植、2年(2008-2009年)的施氮研究則發現，隨著施N率(0，50，100和200 kg N/hm2)升高，TOC呈線性增長，在Northwest和Jackson站分別從102增加到123 mg C/hm2，從55增加到70 mg C/hm2，然而，這種正相關在Western站并沒有觀測到(TOC在59～67 mg C/hm2范圍內浮動)，并指出這一區別可能主要是由土壤質地和土地非農化效應[68]引起的：細礦物粒子表面積大，可以增強礦物顆粒和土壤有機碳之間的關聯，并抑制與礦物相關的有機碳的分解，從而提高有機碳儲量[69]，因此，土壤質地不同，實驗結果可能就有差異；另外，耕地開墾時誘發的土壤擾動可能會導致有機碳流失， Conant等[70]通過模型分析發現，一個耕作事件可能會減少1%～11%的土壤有機碳濃度，因此土地非農化效應也是分析實驗結果時應該考慮的因素。

從前面的分析可以看出，氮輸入對土壤有機碳的影響存在2個相反的過程：一方面，氮肥的施用將會增加土壤氮含量，提高初級生產力，進而使植被對土壤的碳輸入增加；而另一方面，土壤氮素含量的提高還會使土壤C/N降低，提高微生物活性，加速土壤有機碳的分解，使其含量降低[58]。目前氮輸入對TOC影響的研究結果存在較大不同，其原因主要是對這兩方面影響強度大小估算結果的不準確以及尚不能實現對不同影響因素影響效應貢獻的完全定量化評價，許多機理分析還處于半定性、半定量化階段。而且，不同的研究者在研究過程中由于時間、地點、科研目的、試驗方法的不同以及受本身科研條件的限制等原因，得出的結論也往往差異很大。

2 氮沉降對土壤溶解性有機碳(DOC)的影響

土壤溶解性有機碳是指受植物和微生物影響強烈，具有水溶解性，在土壤中移動比較快、不穩定、易氧化分解，對植物與微生物來說活性比較高的那一部分土壤有機碳素[71]，它主要來源于土壤腐殖質及植物殘體的微生物分解產物和非生物淋溶產物。從不同途徑產生的土壤溶解性有機碳一部分被微生物分解同化并以CO2形式逸失到大氣中，一部分被土壤吸附而暫時保存，還有一部分則隨下滲水、側滲水和徑流離開表層土壤系統。土壤DOC是土壤活性有機質，容易被土壤微生物利用和分解，在提供土壤養分方面起著重要的作用，對外界環境的變化也更敏感；同時，它的淋失和氧化分解也是土壤有機質損失的重要途徑，對研究土壤碳素循環及其環境影響效應有重要意義[72-74]。

同TOC對施氮的響應相類似，森林施氮對DOC含量變化也表現出增加[75-76]，沒有顯著影響[77-78]，降低[78]等多種影響效應。Sinsabaugh等[76]在美國馬尼斯蒂國家森林(Manistee National Forest)中的研究表明，施氮肥(30，80 kg N/hm2·年)后土壤的DOC濃度明顯高于未施氮肥的。Fog[79]在研究3個接收到不同大氣氮沉降水平的天然云杉林生態系統的可溶性有機物淋溶時也發現，大氣氮沉降最高的樣地土壤DOC含量的增加是氮有效性和生物活性增強的結果。而Demoling等[78]在瑞典的挪威云杉林研究中則發現，氮肥的施加降低了西南樣地(Skogaby)和北部樣地(Flakaliden)的DOC濃度，但對東南樣地(Asa)的DOC卻無影響。Aber[80]研究表明：持續的添加氮肥會導致DOC產生量的降低和消耗的增多，原因可能是凋落物層N濃度的增加，導致凋落物分解減慢以及隨著時間推移微生物量的增加所致。Sj?berg等[34]在云杉林中的研究顯示，施肥后DOC含量并沒有明顯的變化。Currie等[81]在美國哈佛森林試驗中連續8年施用硝酸銨(50，150 kg/hm2·年)，也沒有發現森林地表土壤DOC受到影響。這些相互矛盾的結果可能與森林所處氣候帶以及群落類型、土壤質地和pH值的不同有關，另外，施肥種類與施肥量的差異也在很大程度上影響著研究結果。

對于濕地生態系統，劉德燕等[82]對中國三江平原沼澤濕地土壤研究時發現：好氣條件下，凈氮輸入量為1 mg/g的氮處理水平對土壤有機碳礦化和DOC含量的影響不顯著，而凈氮輸入量為2和5 mg/g時，土壤DOC含量顯著增加，并顯著促進了土壤有機碳的礦化；淹水條件下，外源氮輸入則抑制了土壤有機碳的礦化；不同水分條件下，土壤DOC含量與有機碳的累積礦化量均呈顯著正相關關系，由外源氮輸入引起土壤DOC含量的變化可能是導致土壤有機碳礦化差異的主要原因之一。Findlay[83]研究也表明，外源氮輸入的增多將會加快濕地土壤有機碳的礦化和土壤溶解有機碳的淋失，造成濕地土壤有機碳的大量損失，并對大氣CO2產生重要影響。

在草原土壤DOC研究方面，有研究[58]表明：連續2年施氮后，除了高水平施氮(20 g N/m2·年)顯著增加了土壤中DOC的含量之外，其他施氮水平(0，5，10 g N/m2·年)對DOC的影響并不明顯。Zhang等[84]在內蒙古多倫半干旱溫帶草原3年的研究也并未發現施氮(16 g N/m2·年)對DOC變化有明顯影響。上述研究結果表明，目前氮輸入對DOC 的影響不顯著，主要是由于凋落物產生的DOC 很容易被微生物利用，但對于增加氮沉降中活性氮的可利用性能否改變凋落物層DOC通量和活性碳庫還有待于進一步研究[50]。

上述不同生態系統的研究結果表明，植物生產、有機質向土壤的輸入、土壤腐殖質的穩定性、微生物數量及其活性等條件的變化都會對土壤DOC含量的變化產生直接的重要影響[58]。施氮對上述環節產生的促進或抑制的影響會因試驗地點氣候、土壤、植物群落等條件的不同而各異，同時不同施氮強度的影響效應也存在較大差異，因此，在比較和評價不同研究結果時應結合上述因素綜合分析才更有意義。

3 氮沉降對土壤微生物量碳(MBC)的影響

土壤微生物生物量作為土壤有機質和土壤養分循環轉化的動力，是土壤有機質中最活躍和最易變化的部分，能夠敏感地反映土壤生態系統水平的微小變化，在各種土壤生化過程研究中均具有非常重要的意義[85]。微生物量碳是反映土壤微生物量大小的最重要的指標，約占微生物干物質的40%～45%，是土壤養分的貯備庫和植物生長可利用養分的重要來源[86]。與對TOC以及DOC的研究相比，目前對于土壤MBC變化與分布規律的研究要薄弱的多，且也多以短期研究為主。

在森林土壤MBC方面，涂利華等[87]發現氮沉降增加降低了土壤MBC，這與Bowden等[27]和Mo等[88]研究結果類似。王暉等[89]也發現，隨著氮沉降增加(0，50，100，150 kg N/hm2·年)，季風林土壤MBC減少，但DOC的含量則增加，且此趨勢在高氮處理下表現明顯。然而，氮沉降增加對馬尾松林和混交林土壤MBC和DOC含量的影響均不顯著。研究結果的不同可能與初始的微生物群體、土壤pH 值、有機質以及土壤養分含量的不同有關。另外，土壤微生物的分解過程還受到土壤C/N的限制，同時，根系也將在吸收養分和腐殖質分解中與土壤微生物發生沖突[50]。

肖勝生[58]對溫帶草原土壤MBC連續2年的研究結果表明，施氮對各層次土壤MBC的平均含量均沒有顯著性影響。由于有研究[90]發現，施氮對土壤有機質含量沒有顯著影響，而有機質作為土壤中異養微生物的主要養分和能量來源，其含量、組成和性質對維持微生物群落組成及其多樣性至關重要，微生物量與土壤有機碳含量顯著正相關，這也在一定程度上可以解釋土壤微生物量對施氮的響應規律。但王長庭等[91]在青海高寒草甸2年的施氮研究(2008-2009年，尿素，0，12，20，32，40 g/m2)表明：隨著施肥梯度的提高，土壤MBC含量逐漸增加且呈單峰曲線變化。在0～32 g/m2的施肥梯度間，土壤MBC隨施肥梯度提高而增加；在40 g/m2的肥力梯度上，隨施肥梯度提高而降低。這是由于隨著施肥量的增加，高寒矮嵩草草甸植物群落功能群組成發生改變，群落組成的變化影響了有機碳輸入的數量和質量，施肥20或32 g/m2時TOC和MBC含量最高，反映出適宜施肥量的土壤微生物生態系統功能良好，反之土壤生態系統功能將被抑制，土壤中微生物生物量降低，土壤微生物腐解能力減弱，土壤中營養元素循環速率和能量流動也減弱，導致高施肥量草地群落土壤質量低于適宜施肥量的草地。

農田生態系統中，Wu等[66]在黃土高原農田(黃綿土、灰褐土及黑壚土)的試驗中發現，僅施加了化學氮肥的土壤其MBC含量未受影響，而氮磷肥同時施加卻大大提高了MBC含量。而艾孜古麗·木拉提等[92]在陜西國家黃土肥力與肥料效益監測基地3年(2007-2010年)的定位試驗(尿素，N1不施氮、N2常規施氮471 kg/hm2·年、N3推薦施氮330 kg/hm2·年、N4減量施氮165 kg/hm2·年、N5增量施氮495 kg/hm2·年和N3+S推薦施氮+秸稈覆蓋)結果顯示：在0～20 cm土層中MBC含量為N3+S>N4>N2>N3>N5>N1，而在20～40 cm土層中，與N1比較，其他4種施肥方式差異達到顯著水平。Insam等[93]也發現施用了化學肥料(氮肥、氮磷肥)的土壤MBC均比未施的要高。這說明氮肥的施用，為土壤微生物提供了營養，促進了土壤微生物生長。但施肥方式的不同，土壤有機碳不同組分含量會存在明顯差異。

對于土壤MBC對施氮不同響應的主要機制，Kaye和Hart[94]指出可能與微生物群落結構或組成的改變密切相關。一般認為，當基質碳氮比低于30∶1時，微生物在理論上不受氮限制，但其研究中土壤碳氮比為20.26，土壤MBC在氮輸入后卻明顯降低，而土壤微生物量氮含量則隨氮輸入量的增加而呈線性增加趨勢，表明氮輸入可能改變了土壤微生物群落結構或組成，使氮輸入的“N”很大一部分儲存于微生物中，這與Bradley等[95]研究得出氮輸入短期就可改變微生物群落組成的結論相同。

4 結語

我國是繼歐洲、北美之后的第三大氮沉降區，近10多年來針對森林、農田生態系統的氮沉降均進行了一定的觀測[96-98]，并初步開展了氮沉降變化對典型生態系統土壤碳動態影響的相關研究，但總體上研究還很零散、不夠系統與深入。同時，由于不同土壤有機碳組分在土壤中分解動態差異很大，并且各組分間具有復雜的轉化關系，導致土壤碳動態對氮輸入的響應存在很大的不確定性，而以往多集中于總有機碳的研究，對快速變化的速效碳組分研究較少，且傳統方法(質量損失、CO2通量)難以檢測到其中微妙的變化[99]。

鑒于上述問題，今后相關研究應重點在以下幾個方面有所加強：

1)加強草地等薄弱生態系統的相關研究。我國的氮沉降研究主要集中在亞熱帶森林、農田與濕地生態系統，針對草地生態系統土壤有機碳庫雖然也開展了大量研究，但多集中在放牧、農墾等人類活動以及土地利用方式變化等對草地土壤有機碳庫的影響效應方面，涉及草地土壤有機碳庫對大氣自然氮沉降以及人為氮輸入響應特征與響應機制的研究結果報道仍然十分有限。為了更深入地了解人類活動帶來的氮輸入增加對整個陸地生態系統結構、功能的影響，預測由此引發的氣候系統響應和環境狀況變化，需要開展不同氣候帶多生態系統類型的野外對比研究[100]。

2)加強外源氮輸入與其他多環境因子結合的綜合影響效應研究。以往大量研究表明，生態系統碳庫變化對各環境驅動因子的響應十分復雜，各環境因子間的交互作用普遍存在。隨著對陸地生態系統碳庫研究的不斷深入，水分、溫度、外源氮輸入、土地利用變化等單因子要素的影響效應研究已不能真實地反映全球環境變化對土壤碳庫的影響，綜合多環境因子，開展多因子的耦合效應研究是準確評價與預測未來土壤碳庫變化必不可少的數據基礎。

3)長期研究與短期研究相結合。通過長期實驗認識氮代謝過程和生態系統對持續氮輸入的響應，是清楚把握氮飽和過程和碳氮耦合的生物地球化學途徑的關鍵，也是制定科學合理管理措施的基礎[101]。短期研究投入低且較易觀察到快速響應，但結果的穩定性不強；長期研究(>10年)結果穩定性高，可信度強，但工作量大、投入高，目前與短期實驗相比，長期實驗比例仍較低，因此要對碳氮循環過程及其機理有更透徹的認識，應注意長期與短期研究的充分有機結合。

4) 加強氮輸入對土壤有機碳各組分影響效應的系統研究。目前國內外在研究氮輸入對土壤有機碳的影響時大多只籠統地揭示其對土壤總有機碳的影響，但實際上土壤有機碳的各個組分對氮輸入的響應機理和敏感程度并不一致，有必要將其區分開來，進一步加強對快速變化的活性碳組分的相關研究。

5)規范相關的研究方法。對氮沉降研究而言，針對不同的生態系統、不同因子采用的采樣及分析方法差異較大，但迄今為止，還沒有統一的標準來規范衡量這些研究方法，導致研究結果多樣，出現較大的不確定性，不同研究結果可比性差。因此，今后應致力于規范相關的研究方法，制定可量化的對比標準，盡可能地降低由于研究和分析方法不同帶來的研究結果的誤差。