土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，至少有一半的土壤有機(jī)碳儲存于森林中。熱帶和亞熱帶森林主導(dǎo)全球森林碳循環(huán)，它們占據(jù)全球森林78%總碳排放和55%總碳吸收。人類活動也導(dǎo)致大氣氮沉降加劇，氮沉降通過影響植物生長和微生物活性改變森林土壤的碳固持能力。但目前學(xué)術(shù)界關(guān)于氮沉降如何影響森林土壤碳庫及其碳庫組分的研究還存在很多不足。
中科院華南植物園小良站研究人員以熱帶森林長期(14年)氮磷添加地為研究對象，研究了氮沉降和磷添加對土壤有機(jī)碳及其不同的碳庫組分，以及球囊霉素和微生物殘?bào)w碳的影響。研究發(fā)現(xiàn)，氮沉降提高了土壤有機(jī)碳庫總量，并且主要提升了易分解碳庫組分，而磷添加顯著降低了土壤中難分解碳庫組分，并有降低土壤總有機(jī)碳庫的趨勢。進(jìn)一步分析土壤酶活性和真菌群落組成發(fā)現(xiàn)，磷添加提升了部分氧化酶的活性以及土壤中氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)量。這表明熱帶地區(qū)高氮低磷的環(huán)境有利于土壤有機(jī)碳的固持，但其增加的碳主要是易分解的碳庫組分，其穩(wěn)定性下降。相關(guān)結(jié)果以Nitrogen deposition in low-phosphorus tropical forests benefits soil C sequestration but not stabilization為題在線發(fā)表于Ecological Indicators（《生態(tài)指標(biāo)》） （IF5=6.3）上。 文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X22012341
在此基礎(chǔ)上，小良站研究人員進(jìn)一步分析了氮沉降背景下土壤中各種微生物來源碳組分的變化。氮沉降處理下，土壤球囊霉素、微生物殘?bào)w碳與土壤有機(jī)碳含量均較高，但土壤微生物量和群落組成基本不受影響，表明土壤中球囊霉素和微生物殘?bào)w碳地較高含量是長期積累和微生物降解受到抑制的結(jié)果。然而，球囊霉素或微生物殘?bào)w碳對土壤有機(jī)碳的相對貢獻(xiàn)沒有變化或低于對照，這是因?yàn)槠渌荚磳ν寥烙袡C(jī)碳的貢獻(xiàn)更大，而這些碳源與土壤礦物質(zhì)的結(jié)合在很大程度上不穩(wěn)定。該結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)熱帶森林在響應(yīng)氮沉降過程中具有較好的有機(jī)碳封存潛力，有助于減緩氣候變化。然而，施氮土壤中增加的有機(jī)碳大部分與土壤礦物質(zhì)無關(guān)，因而容易分解釋放到大氣中。該研究結(jié)果以“Nitrogen deposition enhances soil organic carbon and microbial residual carbon in a tropical forest”為題在線發(fā)表在Plant and Soil（《植物和土壤》）（IF5=5.6）上。文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s11104-022-05787-6
該系列研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、廣東省科技廳野外臺站項(xiàng)目、中科院青促會項(xiàng)目和廣東省杰青項(xiàng)目等資助。
圖 1：概念圖顯示了氮磷添加處理下熱帶森林土壤有機(jī)碳總量及其不同碳庫組分的變化趨勢，以及潛在的微生物機(jī)制。
圖 2：概念圖顯示了在氮添加條件下球囊蛋白相關(guān)土壤蛋白和微生物殘?bào)w碳的積累對土壤有機(jī)碳含量的影響，以及潛在的微生物機(jī)制。
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