氮作为温带草地的限制性营养元素，在调控草地生态系统的结构和功能方面起到关键作用。植物和微生物生长代谢均需要氮，两者对氮的竞争能力存在季节性差异：微生物在冬季有较强的氮获取能力，而植物则在生长季表现出更高的氮竞争能力。植物和微生物间氮获取能力的季节性差异是维持生态系统氮固持的重要机制。气候变化正在改变全球的冬季降雪格局，当降雪格局发生变化后，冬季微生物氮固持能力会发生何种变化？冬季微生物活动的变化是否会影响生长季的植被氮供应？相关方面的研究和认识还十分有限。
近日，刘玲莉研究组以内蒙古温带典型草地为研究对象，依托研究组建立的长期降雪控制实验平台，结合15N同位素标记技术以及高通量N2O监测手段，解析了冬季增雪对氮循环季节动态的影响机制。研究发现，增雪加剧非生长季（覆雪期和冻融期）N2O排放以及氮淋溶损失，降低微生物氮固持，从而减少生长季植物的氮供应，加剧植物和微生物间的氮竞争，导致生长季植物氮获取能力的下降。进一步分析发现，冻融阶段微生物氮固持量是生长季中期植被氮获取能力的主要调控因素，冻融阶段微生物氮固定量越高，生长季植物氮获取量越高。研究表明，在季节性覆雪生态系统中，生长季植物的氮供应依赖于冬季微生物的氮固持量，而冬季增雪加剧了冻融阶段氮流失，从而削弱了植物-微生物间氮循环的季节耦合关系。
此前，研究组在该平台上同时开展了另一项研究，解析了不同土地利用方式下，冬季降雪变化对草地生态系统碳平衡的影响。研究发现，冬季增雪通过提高草地冠层结构的复杂性，提升了植被光合固碳效率，也降低了非生长季风蚀导致的碳损失，并提高生长季沙尘碳截流，最终缓解土地退化导致的碳损失。研究成果表明，草地植被结构不仅影响光合固碳过程，也是调控与风蚀相关的非生物碳通量的关键因素，这进一步丰富了对草地生态系统结构与功能关系的认识。
这一系列研究表明冬季积雪对草地生态系统碳氮循环及其关键过程起到重要调控作用，强调了未来在气候变化方面的研究中，非生长季降水导致的生态系统后果的不容忽视性。
相关研究成果发表在国际学术期刊Global Change Biology（2022）和Functional Ecology（2021）上。植物所博士研究生贾舟、特别研究助理李平分别为两篇文章的第一作者，刘玲莉研究员为通讯作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.16234
https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1365-2435.13958
冬季降雪对植物和微生物间氮循环季节动态的影响