华南植物园小良站在氮沉降如何影响热带磷限制森林的土壤碳库及其机制研究取得系列进展

　　

 

土壤是陆地生态系统最大的碳库，至少有一半的土壤有机碳储存于森林中。热带和亚热带森林主导全球森林碳循环，它们占据全球森林78%总碳排放和55%总碳吸收。人类活动也导致大气氮沉降加剧，氮沉降通过影响植物生长和微生物活性改变森林土壤的碳固持能力。但目前学术界关于氮沉降如何影响森林土壤碳库及其碳库组分的研究还存在很多不足。

中科院华南植物园小良站研究人员以热带森林长期(14年)氮磷添加地为研究对象，研究了氮沉降和磷添加对土壤有机碳及其不同的碳库组分，以及球囊霉素和微生物残体碳的影响。研究发现，氮沉降提高了土壤有机碳库总量，并且主要提升了易分解碳库组分，而磷添加显著降低了土壤中难分解碳库组分，并有降低土壤总有机碳库的趋势。进一步分析土壤酶活性和真菌群落组成发现，磷添加提升了部分氧化酶的活性以及土壤中氧化酶相关基因的表达量。这表明热带地区高氮低磷的环境有利于土壤有机碳的固持，但其增加的碳主要是易分解的碳库组分，其稳定性下降。相关结果以Nitrogen deposition in low-phosphorus tropical forests benefits soil C sequestration but not stabilization为题在线发表于Ecological Indicators（《生态指标》） （IF5=6.3）上。 文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X22012341

在此基础上，小良站研究人员进一步分析了氮沉降背景下土壤中各种微生物来源碳组分的变化。氮沉降处理下，土壤球囊霉素、微生物残体碳与土壤有机碳含量均较高，但土壤微生物量和群落组成基本不受影响，表明土壤中球囊霉素和微生物残体碳地较高含量是长期积累和微生物降解受到抑制的结果。然而，球囊霉素或微生物残体碳对土壤有机碳的相对贡献没有变化或低于对照，这是因为其他碳源对土壤有机碳的贡献更大，而这些碳源与土壤矿物质的结合在很大程度上不稳定。该结果进一步证实热带森林在响应氮沉降过程中具有较好的有机碳封存潜力，有助于减缓气候变化。然而，施氮土壤中增加的有机碳大部分与土壤矿物质无关，因而容易分解释放到大气中。该研究结果以“Nitrogen deposition enhances soil organic carbon and microbial residual carbon in a tropical forest”为题在线发表在Plant and Soil（《植物和土壤》）（IF5=5.6）上。文章链接：https://doi.org/10.1007/s11104-022-05787-6

该系列研究得到了国家自然科学基金面上项目、广东省科技厅野外台站项目、中科院青促会项目和广东省杰青项目等资助。

 

 

图 1：概念图显示了氮磷添加处理下热带森林土壤有机碳总量及其不同碳库组分的变化趋势，以及潜在的微生物机制。

 

 

图 2：概念图显示了在氮添加条件下球囊蛋白相关土壤蛋白和微生物残体碳的积累对土壤有机碳含量的影响，以及潜在的微生物机制。