脈沖降水和凋落物對溫性草原土壤碳礦化激發效應的影響

關鍵詞：脈沖效應;凋落物添加;土壤碳礦化;激發效應;青海湖

土壤是陸地生態系統中最大的碳庫，全球土壤中的碳儲量是植被中的2～3倍，土壤碳儲量的變化對全球碳收支和生態系統碳循環的穩定性具有重要意義[1]。土壤呼吸是由陸生植物根系固定的CO2返回大氣的主要途徑，其釋放的CO2 占整個生態系統呼吸總量的60%～90%[2]。土壤呼吸中釋放的CO2 約一半以上來自異養微生物對土壤有機質（Soilorganicmatter，SOM）的分解作用，在其分解作用下有機碳轉化為CO2 的過程稱為土壤有機碳礦化（又稱土壤微生物呼吸）[3]。SOM 的分解速率由土壤溫度和水分條件、有機物組成、土壤化學和物理特性共同調控。增溫通過改變土壤微生物代謝活性或群落組成促進土壤有機碳（Soilorganiccarbon，SOC）礦化，代景忠等[4]發現培養前7d的土壤碳礦化速率隨溫度升高，最高可增加9倍以上。黃耀等[5]則研究發現，20℃及以下SOC分解速率受到限制，0℃時增溫將會促進礦化，而25℃及以上則對SOC礦化產生不利影響。土壤水分直接影響SOC礦化，過高或過低的土壤含水量均會抑制土壤微生物活性從而降低礦化速率，適宜的土壤含水量則可以促進SOC分解[6]。大量研究表明，不同生物質炭添加對土壤原有有機碳礦化的影響均呈現先促進后抑制的規律[7]。土壤化學和物理特性對土壤有機碳礦化分解的影響主要源自于土壤顆粒組成及各土層孔隙度的變化[8]，黏粒含量高，則土壤孔隙度相對較小、通氣性差，可以減緩有機碳的礦化[9]。作為調控全球氣候變化的關鍵因子，土壤微生物呼吸的微小變化，都可能引起CO2 濃度變化，進而影響陸地生態系統的碳循環和碳收支，導致全球氣溫和降水格局發生改變[10]。因此，量化土壤碳礦化及其激發效應在生態系統碳循環中的作用極為關鍵。

降水事件是碳循環的重要驅動因素，干旱會導致微生物活性和土壤呼吸降低，而隨后的復濕又會刺激微生物的生物量和活性，從土壤中釋放出大量的氣態C、N，如CO2、氧化亞氮和甲烷，這一過程稱為“Birch效應”，即降水脈沖效應[11]，可以用兩種驅動機制解釋：其物理機制是土壤微生物迅速消耗因土壤團聚體破壞后所暴露的SOM[12];其生理機制是指微生物產生的相容溶質在細胞中積累，以在干旱壓力下保持滲透壓平衡，防止細胞膜破裂[13]。脈沖式降水導致土壤復濕，為微生物進入基質提供了理想的水膜連通條件，從而激發大量的土壤CO2 脈沖排放[14]。全球氣候模型預測未來的降水模式將發生變化[15]，土壤將面臨更多的干燥/濕潤循環，從而影響C、N 循環及土壤—大氣間的溫室氣體交換。目前針對脈沖式降水對土壤碳礦化的影響已有較多研究，較為一致的觀點認為降水事件后土壤碳礦化速率顯著增高[16]，且C的礦化率隨著降水脈沖循環次數的增加而下降[17]。Xiang等[18]研究發現重新濕潤干燥的土壤會產生大量脈沖，第一次復濕產生的脈沖最大，表層和次表層土壤降水脈沖分別為33.30和5.70μg·g-1，且降水脈沖的大小隨時間推移而下降。類似的，陳洋洋等[19]發現每次復水和排水后土壤有機碳礦化均出現顯著的脈沖效應，SOC礦化速率和累積礦化量分別提高了72.09%和128.48%，這種脈沖效應隨著干濕交替次數增多逐步減弱。也有研究表明，反復的干濕循環后出現了持續的呼吸高峰[20]，同時，脈沖式降水頻率可能會對有機物庫的流通產生抑制作用，從而使得SOC的礦化作用對干濕循環表現為中立甚至是消極響應[21]。脈沖式降水主要通過影響土壤水分、可溶性養分、結構、微生物群落組成等方面來改變SOC礦化[6，22]，微生物呼吸速率在數十分鐘內即可達到峰值[23]，但當前研究普遍采集頻率低、周期長，缺少對土壤C排放變化特征的快速、連續測量，且對土壤理化性質等相關的機理性分析也較為匱乏。

近幾十年來，SOC的固存在減緩氣候變化的影響因素中變得尤為重要，有機質輸入是調節有機碳庫的重要因子[24]。凋落物的輸入與SOM 的分解是全球C循環的重要組成部分，外源有機質的輸入將在短時期內改變土壤有機碳礦化過程，導致原土壤SOC的分解增加，產生土壤有機碳礦化的激發效應（Primingeffects，PE）[25]。研究表明，土壤養分循環與C循環之間存在由微生物介導的密切聯系，但在不同植被或土壤類型的研究中，凋落物添加所引發的激發效應方向與強度在存在顯著差異。張向茹等[26]發現添加凋落物后礦化速率在初期較髙且迅速減小，后期較低且保持穩定。王曉峰等[27]報道，在培養前期添加杉木凋落物后表層和深層土壤有機碳礦化激發效應分別為49.60%和421.70%。Gao等[28]研究發現，凋落物的增加大大促進了C 的礦化，但礦化強度受土壤濕度的調節。也有研究表明凋落物的輸入對土壤有機碳累積礦化量的影響不存在顯著差異[29]，有的甚至抑制原有SOM 的分解產生負激發效應[30]。SOC礦化速率受C的不同來源（葉片和根系凋落物、木屑、土壤有機質）及其特定環境條件（土壤含水量、溫度、基質的理化性質）的聯合控制[24]。Marianne 等[31] 通過對田間條件下13C和15N 標記的凋落物分解的研究，發現在土壤干燥—再濕潤的循環中，凋落物產生的CO2 在潮濕期間明顯高于干燥期間。然而，在經歷頻繁干濕循環的土壤條件下，來自凋落物分解的SOC礦化速率及激發效應對脈沖式降水的響應仍存在不確定性，且大多數關于全球變化對生態系統影響的研究主要集中在單一驅動因素[32]。為了提高模型預測生態系統對全球環境變化響應的能力，需要對這些因素之間的相互作用進行更多的實證研究。因此，在未來極端氣候的影響下，研究脈沖式降水和凋落物輸入對土壤碳礦化及其激發效應規律的耦合影響有助于深入認識草原生態系統的C和養分循環機制。

青藏高原東北部的青海湖流域具有獨特的地理位置和重要的生態屏障功能，是研究氣候變化背景下青藏高原草地土壤C循環的理想場所。目前，國內外許多學者已對脈沖式降水和外源有機質添加對于土壤C礦化速率的影響展開了深入研究，然而這些研究主要集中于N，P等不同養分添加對土壤碳激發效應的方向和強度[33]、降水脈沖對溫室氣體排放的影響[34]以及土壤微生物響應過程[35]等方面。而凋落物添加對降水脈沖下的土壤C 礦化及其激發效應的影響，尤其是對青海湖流域溫性草原土壤的影響機制尚不明確。鑒于此，本研究以青海湖流域溫性草原為研究對象，通過室內孵育試驗，研究脈沖式降水、凋落物添加及兩者交互作用對土壤有機碳礦化、激發效應的影響，并探討在不同降水脈沖和外源性有機質輸入條件下土壤有機碳激發效應與不同土壤環境因子的關系，從而為青藏高原草地生態系統碳源/匯轉化及調控提供理論基礎與科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

采樣點位于青海湖濕地生態系統國家定位觀測研究站———江西溝分站（36°55'70″N，100°54'96″E）。江西溝實驗站位于青海省海南藏族自治州共和縣，海拔約3312m，氣候類型屬高原大陸性氣候，多年平均氣溫和降水量分別為0.5℃和394.5mm。全年日照3004.9h，絕對無霜期47d。研究區域草地類型屬于溫性草原，賴草（Leymussecalinus）、冰草（Agropyroncristatum ）為優勢物種，伴生種為垂穗披堿草（Elymusnutans）、早熟禾（Poaannua）、披針葉黃華（Thermopsislanceolata）、阿爾泰狗娃花（Heteropappusaltaicus）、脹果棘豆（Oxytropisstracheyana）等，土壤類型為栗鈣土。

1.2 土壤和凋落物采集

2023年4月，在江西溝站實驗樣地，隨機設置20個采集點，在每個小區內采用“5點混合法”取樣（土鉆直徑4.2cm，取樣深度0～10cm），將每個小區采集的土壤樣品混合為1個樣品，4次重復。過2mm 土壤篩后分為兩份，其中一份用于土壤碳礦化及其激發效應測定實驗;其余土壤樣品將用于理化性質分析測定。

采集江西溝典型溫性草原未退化草地兩種優勢物種枯落物：賴草和冰草，兩種植物根據重量等比例混勻，用剪刀剪短至2mm 長（以避免葉凋落物的物理大小對研究結果產生影響），并置于70℃的烘箱中烘干至恒重，用于凋落物添加試驗。

1.3 室內孵育試驗設計

土壤培養前，先使用烘干法測定土壤含水量和田間最大持水量（Waterholdingcapacity，WHC）;由于土壤微生物在20℃左右具有較好的生存繁殖條件，同時較高或較低的水分均不利于微生物的生存，因此選擇20℃及65%飽和含水量作為微生物培養條件。共計4個處理：（1）對照（CK）;（2）脈沖式降水處理（P）;（3）凋落物添加處理（L）;（4）脈沖式降水和凋落物添加聯合處理（L+P），每個處理4次重復。

首先稱取35g風干土（達到無微生物活性的風干條件，即5%WHC）的鮮土放入具有開放頂部的培養瓶（材質聚乙烯，直徑5cm，高10cm）內，隨后在L和L+P處理的培養瓶中分別添加2g凋落物（凋落物添加量為土壤有機碳的10%），使之與土壤充分混勻，然后將所有處理中的風干土壤重新潤濕至微生物活性的最佳含水量（即65%WHC）并置于20℃恒溫恒濕培養箱內培養10d以重新激活微生物，其間定期添加去離子水，使土壤含水率保持在田間最大持水量的65%。隨后開始孵育試驗。整個實驗所有樣品均放置在恒溫20℃的水槽中，共設2次脈沖式降水試驗：分別在孵育的第1，8d在P和L+P處理的培養瓶中進行降水試驗。脈沖式降水試驗采用稱重法給土壤加水至65%飽和含水量，具體操作為：在復濕過程中，使用自動移液槍以圓周運動的方式滴加去離子水，在一分鐘內將土壤濕潤到65%WHC，以確保濕潤均勻。另設對照處理（CK）不添加凋落物也不進行脈沖式降水。

在孵育試驗的第0，8和14d采集土壤樣品測定理化性質。用pH 計測量土壤pH 值，土壤和蒸餾水的混合比例為1∶2.5，然后在振蕩器上振蕩2h后靜置，再取上層清液測定。采用電導率儀測定電導率，土壤和蒸餾水的混合比例為1∶5。微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）采用氯仿熏蒸法-K2SO4 浸提法。在連續流動注射分析儀上測定浸提液中的硝態氮（NO3--N）、銨態氮（NH4+-N）含量。

由于土壤碳礦化速率和激發效應對降水脈沖事件的響應通常在幾分鐘內發生，因此采用了連續測定裝置———土壤呼吸全自動變溫模擬與測定系統（圖1）。該裝置主要包括氣體進樣裝置、氣體起始濃度調節裝置、自動控制裝置和CO2 濃度/同位素分析儀器;主要儀器包括二氧化碳同位素氣體分析儀（CCIA-36d-EP，美國）、土壤培養前處理裝置（PRI-8800，北京普瑞億科科技有限公司）、恒溫水浴鍋和數據采集器等[36]，數據采集頻率為1Hz。土壤微生物呼吸速率通過CO2 濃度變化的斜率進行計算，計算公式如下：

式中：RSoil為單位土壤微生物呼吸速率（μg·g-1），C 為測試時間內CO2濃度變化斜率，V 是培養瓶和管線的總體積，m 是培養瓶內土壤干重（g），α 是CO2氣體質量轉化系數，β是時間轉化系數。

土壤有機碳累積礦化量（mg·g-1）為從培養開始到某個時間點釋放的CO2-C之和;兩個時間段之間的累積礦化量為兩個時間段的平均釋放速率與兩個時間段間隔天數的乘積。

添加凋落物后的激發效應的計算：

式中：PE 為土壤有機碳礦化的激發效應;CO2-Ct 為添加枯落物后土壤有機碳累積礦化量（mg·kg-1）;CO2-Ccontrol為未添加枯落物的土壤有機碳累積礦化量（mg·kg-1）。

1.4 數據統計分析

利用雙因素方差分析（Two-wayANOVA）檢驗脈沖式降水和凋落物添加兩個因子及其交互作用對土壤碳礦化速率、累計碳礦化量、PE以及土壤理化性質的影響。利用重復測量方差分析（RepeatedmeasuresANOVA）檢驗脈沖式降水和凋落物添加處理、培養時間及其交互作用對土壤碳礦化、土壤理化性質的影響。土壤碳礦化速率、PE與其主要影響因素的相關性運用Person相關分析方法進行分析。顯著性檢驗采用最小顯著差異法（LSD）進行多重比較，差異顯著水平為Plt;0.05。本試驗數據的統計分析均采用SPSS25軟件，顯著性水平α=0.05，置信區間為95%。繪圖在Origin9.0和Excel軟件中進行。

2 結果與分析

2.1 脈沖式降水和凋落物添加對土壤有機碳礦化的影響

由土壤在脈沖式降水48h內的單位有機碳礦化速率變化可得（圖2），在復濕后，土壤碳礦化出現明顯激發效應，在脈沖式降水（P）處理中，土壤于10h到達碳礦化峰值，在脈沖式降水和凋落物聯合處理（L+P）中，土壤達到碳礦化峰值的時間則縮短了50%。兩種處理下單位有機碳礦化速率達到峰值后均迅速下降，P處理下土壤碳礦化速率于脈沖后15h穩定波動，并恢復到脈沖前碳礦化水平;而L+P處理使得脈沖式降水后碳礦化速率提高了10.91%，波動明顯。

脈沖式降水和添加凋落物處理及其交互作用均影響了溫性草原土壤有機碳礦化速率（圖3）。在非添加處理時（CK），單位土壤有機碳礦化速率隨培養時間的延長逐漸降低。在添加凋落物處理時（L），土壤碳礦化速率呈先升后降的趨勢，在第7d達到峰值后波動下降。P處理總體上呈先迅速上升后緩慢下降趨勢，但碳礦化速率對第1次脈沖式降水反應程度顯著大于第2次降水。L+P處理表現出顯著上升趨勢，但第1次脈沖式降水后其碳礦化速率顯著上升，第2次降水后先緩慢上升，達到峰值后波動下降。由圖4可知，CK，P，L 和L+P聯合處理下，溫性草原土壤碳礦化速率均值分別為3.12，3.81，3.62 和4.72μg·g-1，且差異顯著（P lt;0.05），L+Pgt;Pgt;Lgt;CK。與對照相比，P，L以及L+P聯合處理分別使得土壤有機碳礦化速率提高了22.25%，16.16%以及51.47%，L+P處理對土壤碳礦化的正激發效應顯著高于P及L處理。

2.2 脈沖式降水和凋落物添加對土壤有機碳礦化累積量與激發效應的影響

如圖5所示，在培育期間，除L處理外，其余處理均對土壤有機碳礦化累積量產生極顯著影響（Plt;0.01）。具體表現為L+P處理最大67.88mg·g-1，CK處理最小43.23mg·g-1，L，P處理不存在顯著性差異50.74mg·g-1，53.74mg·g-1，且L+P處理使得土壤C多釋放了24.65mg·g-1。4種處理均持續升高，且第1次脈沖式降水后，不同處理間的差異較小，第2次脈沖式降水后，L+P聯合處理下的土壤有機碳礦化累積量迅速上升，顯著高于其他處理。與對照相比，P，L和L+P聯合處理分別使得土壤有機碳礦化累積量提高了24.32%，17.38% 以及57.02%，與單位土壤有機碳礦化速率變化趨勢一致。

重復測量方差分析結果表明，L處理和L+P處理均對PE產生極顯著影響，且存在顯著性差異（Plt;0.01）。如圖6所示，L處理下的PE介于0.11～0.72mg·kg-1，L+P處理下介于0.99～2.01mg·kg-1，且均隨培養天數推移呈波動上升趨勢。L+P處理下的激發效應顯著高于L處理，波動幅度也更為明顯。與L處理相比，第1次降水脈沖和第2次降水脈沖分別使得PE提高了230.72%和209.38%。脈沖式降水后的PE最高值均出現在第5d，隨后開始下降，且最低值均為起始培育背景值。

2.3 脈沖式降水和凋落物添加對土壤理化性質的影響

重復測量方差分析顯示（表1），不同處理對所有土壤環境因子均產生極顯著影響（Plt;0.01），培養時間對除pH 值、電導率和銨態氮以外的其他土壤理化性質均產生極顯著影響（Plt;0.01），處理和時間的交互作用對除pH 值以外的其他土壤理化性質均產生極顯著影響（Plt;0.01）。與CK相比，P和L處理及其二者交互作用分別使溫性草原土壤pH 值，電導率，MBC，MBN，NH4+-N，NO3--N含量產生不同程度的變化（表2）。L，P處理均提高了土壤pH 值，但P處理未達到顯著性水平，二者交互作用則顯著降低了pH值（Plt;0.05）。3種處理均降低了土壤電導率，但L處理的影響不顯著。不同處理下MBC含量均顯著提高（Plt;0.05），L，P及L+P處理分別使MBC含量提高了192.06%，12.43%和480.18%。與CK相比，凋落物添加處理（L處理和L+P處理）提高了MBN、NO3--N含量，L處理使 MBN、NO3--N 分別提高了146.32%和14.74%，而L+P處理使 MBN，NO3--N分別提高了482.13%和28.61%，同時顯著降低了NH4+-N含量;而 P處理則顯著提高了44.74%的NH4+-N（Plt;0.05）（表2）。

2.4 土壤碳礦化速率及激發效應與環境因子的相關性

由表3可知，在培育期間，CK處理下溫性草原土壤有機碳礦化速率與pH值，電導率和 NH4+-N均呈現負相關關系，與 MBC，MBN，NO3--N均呈正相關關系，其中與NH4+-N達到顯著性相關水平（Plt;0.05），其余不顯著。凋落物添加處理下土壤碳礦化速率與土壤pH值、NO3--N存在顯著正相關（Plt;0.05）;與MBC、MBN存在負相關關系，但L處理不顯著。L處理土壤碳礦化速率與電導率和 NH4+-N存在負相關關系，L+P處理則表現出相反趨勢，其礦化速率與電導率顯著正相關（Plt;0.05），相關系數為0.998，與NH4+-N也存在正相關關系，但不顯著。P處理下土壤碳礦化速率與 MBC，NO3--N存在顯著負相關（Plt;0.05），相關系數為-0.998，與電導率、MBN 呈負相關，與pH值、NH4+-N呈正相關，但均不顯著。環境因子與PE的相關性和碳礦化速率較為一致，L處理下PE 與MBC、MBN 顯著負相關，相關系數為-0.998和-1.000，與pH 值顯著正相關（Plt;0.05），相關系數為0.997;L+P處理下PE與MBC顯著負相關，相關系數為-0.997，與電導率和 NH4+-N顯著正相關（Plt;0.05），相關系數為0.999和0.998。

3 討論

3.1 脈沖式降水和凋落物對土壤碳礦化作用及激發效應的影響

水分含量和養分供應是解釋微生物資源限制的關鍵因素[37]。脈沖式降水和凋落物添加均能通過影響SOM 底物利用效率對有機碳礦化速率產生顯著影響，從而進一步影響有機碳激發效應。本研究中，L，P和L+P聯合處理分別使得溫性草原土壤原有有機碳礦化速率增加了22.25%，16.16% 和51.47%。由“Birch效應”引起的土壤水分可利用性的變化將對微生物活性和土壤C 的利用和分解產生重要影響。本研究顯示，脈沖式降水引起的干燥—再濕潤循環增強了土壤碳礦化，可能是由于死亡的微生物在脈沖式降水中由于水壓的變化、土壤團聚體的破裂以及干濕循環期間細胞呼吸的酶活性的解耦而釋放胞內滲透液[38]，使得基質可用于微生物呼吸，從而促進了礦化作用。這與高雅曉玲等[39]研究發現的土壤在經歷干燥期復水后碳礦化速率明顯增大的結果基本一致。外源性有機質的添加可以為微生物提供礦質營養，誘發土壤原有有機碳的分解，引發激發效應[27]。這與本研究中L處理下土壤有機碳礦化速率及其累計礦化量均顯著提高且存在顯著正激發效應的結果一致。類似的，陳甜等[40]研究發現，添加葉凋落物能夠顯著提高土壤總CO2 釋放量，正激發效應值為68%～128%。目前關于凋落物激發效應的產生機制主要為“共同代謝”和“N挖掘”理論：一是凋落物向微生物提供了更多營養物質，從而促進微生物分解外源性有機質和土壤原有有機碳;二是凋落物提高了微生物數量和活性，為了滿足自身生長，微生物會不斷尋求更多的營養物質，從而提高了碳礦化[41]。添加外源性有機質使得脈沖式降水后微生物迅速激活并生長，微生物可獲取更豐富的底物資源，從而更快的釋放CO2，碳礦化速率在短時間內迅速達到峰值[42]。這與本文觀察到的L+P聯合處理下土壤碳礦化速率顯著高于L、P單一處理，且更快達到峰值的現象一致。

本團隊實驗顯示，第1次降水脈沖和第2次降水脈沖分別使得土壤有機碳礦化激發速率提高了230.72%和209.38%，與Zhang等[43]的研究中表層土壤CO2 通量在試驗期間隨復濕頻率的增加而減小的結論一致。Mikha等[44]也研究發現干濕循環第一周期呼吸率大于其他周期。這是由于干濕循環破壞了土壤結構，增加了底物有利用性，在最初的降水脈沖后，隨著底物的消耗，呼吸速率將會逐漸下降，最終回到土壤起始背景水平。在沒有經歷過這種機械破壞的土壤中，第1次濕潤更易破壞團聚體結構，因此有機碳礦化會對第1次降水脈沖產生更強烈的反饋。除了物理破壞外，SOM 的使用還受限于C向微生物的緩慢遷移。土壤中的化學“粘性”環境使得這種遷移無法維持微生物的養分供應，土壤中潛在可利用C庫受限[45];當土壤復濕后，SOM隨著水分的流動重新分配，使微生物再次獲得可利用的SOM，當土壤干燥后，這種供應再次停止，碳礦化速率降至較低水平;然而每次降水脈沖都會平衡土壤中的可溶性C，使得其中一部分C被使用，因此隨著降水頻率的增加，脈沖的大小將持續且緩慢的下降，與Wu等[46]得出的結果相同。

有研究表明，降水脈沖對碳礦化速率的激發效應呈指數型趨勢下降，于10min后達到最大值，僅在2d內便恢復到其背景水平[47]。但在我們的研究中，經歷降水脈沖后的土壤，其升高的有機碳礦化速率持續了7d。這可能是由于更活躍的微生物群落、底物、胞外酶和微生物庫連同其對干旱的抵抗性增強的共同作用限制了呼吸，使其持續時間更長[48]。

3.2 土壤碳礦化及激發效應與環境因子的關系

脈沖式降水和外源性有機質添加誘導的土壤有機碳礦化及激發效應的方向和強度與pH 值、微生物生物量和無機氮含量有關。在本試驗中，L處理下的土壤pH 值顯著提高，且土壤碳礦化和PE 均與pH 值呈極顯著正相關關系。王越等[49]研究也發現土壤pH 值在毛竹和闊葉林凋落物添加處理下顯著提高。這是由于植物凋落物積累的有機陰離子增加了土壤堿度，這些有機陰離子可通過羧基的脫羧作用及與H+ 的結合[50]，增加土壤pH 值。而土壤微生物對pH 值的變化非常敏感，α-變形菌綱，β-變形菌綱和腐生螺旋菌綱的相對豐度均與土壤pH值呈正相關[51]，L處理通過影響土壤pH 值提高了β-變形菌綱的豐度，增加了易降解C，從而促進了C礦化和激發效應。本研究發現，微生物生物量與C礦化和激發效應均呈顯著負相關，與梅孔燦[52]研究發現的培養35d時馬尾松林土壤碳礦化激發效應與土壤MBN 含量呈顯著的負相關關系的結果基本一致。一個可能的原因是隨著培養時間的增加，由于底物被利用耗盡或受N 素限制，以細菌為主的微生物逐漸死亡，為其余細菌、放線菌的生長提供了大量富N 的生物殘體，從而促進外源性有機質的周轉和釋放[53]。N 元素是限制植物生長的重要因子之一，N 在土壤中的利用有效性的高低往往決定著土壤肥力。本試驗中，P 處理下的碳礦化速率與NO3--N含量顯著負相關，而 L+P 處理下則與NO3--N含量顯著正相關，可能是由于土壤養分有效性限制了土壤C礦化，凋落物添加緩解了土壤N養分限制，促使微生物通過“N 挖掘”提高對SOM的利用效率，從而增強對SOM 的礦化。

4 結論

本研究通過室內孵育試驗，研究脈沖式降水（0～2次）、凋落物添加處理（添加或不添加凋落物）及兩者交互作用對青海湖流域溫性草原土壤有機碳礦化、激發效應的影響，并探討在不同降水脈沖和外源性有機質輸入條件下土壤有機碳礦化速率及激發效應與不同土壤環境因子的關系。結果表明，溫性草原土壤有機碳礦化速率對脈沖式降水和凋落物聯合添加處理比單一降水或凋落物添加處理的響應更為迅速強烈，且隨著降水脈沖頻次增加，土壤碳礦化速率及激發效應均趨于穩定。同時，更頻繁的降水事件導致了更小的碳礦化脈沖，這表明微生物對這些干濕循環條件下的耐受性隨脈沖降水事件頻率的增加而提升，導致脈沖更加難以被捕捉。

不同處理對所有土壤環境因子均產生極顯著影響，脈沖式降水和凋落物添加可能是通過影響土壤pH值，電導率，NH4+-N，NO3--N含量，并提升微生物生物量，從而顯著促進土壤有機碳礦化速率和激發效應。水分變化和養分添加及其交互作用引起的青海湖流域溫性草原土壤C 釋放正激發作用會增強其C 源強度。未來應加強脈沖式降水頻率、強度、凋落物質量、性質等耦合研究，以深入揭示水分變化和養分添加的變化閾值及其控制機制，并闡明脈沖式降水和凋落物激發效應對寒區生態系統C循環過程的關鍵作用。