Nitrogen fertilizer regulates soil respiration by altering the organic carbon storage in root and topsoil in alpine meadow of the north-eastern Qinghai-Tibet Plateau

表土 土壤碳 土壤呼吸 背景(考古学) 氮气 高原(数学) 总有机碳 环境科学 含水量 化学 农学 土壤科学 土壤水分 生物 环境化学 地质学 数学 古生物学 数学分析 岩土工程 有机化学
作者
Wei Li,Jinlan Wang,Xiaolong Li,Shilin Wang,Wenhui Liu,Shangli Shi,Cao Wenxia
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41598-019-50142-y
摘要

Abstract Soil respiration (Rs) plays a critical role in the global carbon (C) balance, especially in the context of globally increasing nitrogen (N) deposition. However, how N-addition influences C cycle remains unclear. Here, we applied seven levels of N application (0 (N0), 54 (N1), 90 (N2), 126 (N3), 144 (N4), 180 (N5) and 216 kg N ha −1 yr −1 (N6)) to quantify their impacts on Rs and its components (autotrophic respiration (Ra) and heterotrophic respiration (Rh)) and C and N storage in vegetation and soil in alpine meadow on the northeast margin of the Qinghai-Tibetan Plateau. We used a structural equation model (SEM) to explore the relative contributions of C and N storage, soil temperature and soil moisture and their direct and indirect pathways in regulating soil respiration. Our results revealed that the Rs, Ra and Rh, C and N storage in plant, root and soil (0–10 cm and 10–20 cm) all showed initial increases and then tended to decrease at the threshold level of 180 kg N ha −1 yr −1 . The SEM results indicated that soil temperature had a greater impact on Rs than did volumetric soil moisture. Moreover, SEM also showed that C storage (in root, 0–10 and 10–20 cm soil layers) was the most important factor driving Rs. Furthermore, multiple linear regression model showed that the combined root C storage, 0–10 cm and 10–20 cm soil layer C storage explained 97.4–97.6% variations in Rs; explained 94.5–96% variations in Ra; and explained 96.3–98.1% in Rh. Therefore, the growing season soil respiration and its components can be well predicted by the organic C storage in root and topsoil in alpine meadow of the north-eastern Qinghai-Tibetan Plateau. Our study reveals the importance of topsoil and root C storage in driving growing season Rs in alpine meadow on the northeast margin of Qinghai-Tibetan Plateau.

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