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化石燃料燃烧、化肥生产和使用、畜牧业发展等人类活动向大气中排放大量的反应性氮，进而导致陆地生态系统氮沉降急剧增加。青藏高原高寒草甸是典型的受氮限制的生态系统，植物长期适应贫氮的环境条件，外源性氮输入势必会增加土壤无机氮含量，改变土壤碳氮动态和关键转化过程，进而影响整个生态系统的碳平衡和碳固定。然而，有关土壤有效碳氮动态和碳氮温室气体排放对氮素形态(氧化态NO3-和还原态NH4+)和剂量(低、中、高)的响应还知之甚少，土壤无机氮变化如何影响高寒草甸植物生长等尚缺乏系统性研究。
本文以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象，构建多形态、低剂量的增氮控制实验，通过野外高频监测和室内理化分析，探讨高寒草甸土壤环境因子、土壤无机氮、可溶性碳含量和组成、植物生长、土壤温室气体(CO2,CH4和N2O)通量等对氮素输入的响应。氮沉降试验包括三个氮肥类型(NH4Cl、(NH4)2SO4、KNO3)、四个施氮水平(0，10，20，40 kg N ha-1yr-1)，共12种氮素处理，每种处理设置3个重复。利用静态箱-气相色谱法每周测定土壤温度、水分和温室气体通量，每月测定不同深度土壤无机氮、可溶性碳和地上生物量，并利用三维荧光光谱测定土壤溶解性有机质组成和结构特征，同时监测土壤pH值等相关土壤变量。研究结果表明：
1、青藏高原东缘高寒草甸大气氮沉降通量平均为13.8 kgN ha-1yr-1，以NH4+-N为主，与降水量显著正相关。
2、青藏高原高寒草甸土壤无机氮以NH4+-N为主，低剂量氮沉降倾向于降低土壤NH4+-N储量，而中、高剂量氮沉降显著增加土壤NH4+-N储量，短期内施氮没有显著导致土壤NO3--N发生累积。
3、施氮降低了土壤溶解性碳(DOC)的含量，对土壤溶解性无机碳(DIC)含量无显著影响。施氮显著改变了土壤溶解性有机质(DOM)的组成与结构：施氮显著降低类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸等活性组分，增加了类胡敏酸的比例，导致土壤DOM芳香度增加，结构趋于稳定。
4、施氮促进了植物的生长，NO3--N的作用比NH4+-N更加明显，这与高寒草甸植物优先利用NO3--N有关。
5、施氮不改变土壤温度，也没有显著降低土壤pH值，但显著改变土壤体积含水量。高剂量氮沉降输入显著促进了土壤CO2和N2O的排放，抑制了土壤对CH4的吸收。土壤CO2通量主要受土壤温度控制，其次为土壤体积含水量和NH4+-N含量。土壤CH4通量主要受土壤体积含水量控制，施氮主要通过改变物理扩散作用来改变土壤CH4通量。土壤N2O通量与环境因子相关性较弱，其内在机理更加复杂。
总之，研究表明受氮限制的青藏高原高寒草甸生态系统碳氮排放对氮沉降的响应十分敏感，短期内施氮即可改变部分土壤环境因子和土壤碳氮温室气体通量。研究结果在一定程度上补充了陆地生态系统碳氮耦合机制研究，同时可为未来氮沉降增加情景下青藏高原高寒草甸生态系统碳氮管理提供理论依据。