Picarro | 氮磷添加对热带森林凋落物和土壤碳释放具有不同影响

陆地生态系统土壤每年释放大量二氧化碳（CO2），主要来源于凋落物和土壤C分解。养分有效性，尤其是N和P，在凋落物和土壤C分解中发挥着重要作用。一般来说，热带森林是P受限的生态系统，凋落物和土壤C分解动态对P添加响应程度大于N添加。大量研究表明，在热带森林中P添加会加速土壤C和凋落物分解，从而减少土壤C储量。但也有一些研究结果与此不同，这种不确定响应需要我们进一步详细研究以了解其潜在机制。目前，大多数研究主要集中在凋落物或土壤C分解上，鲜少进行凋落物和土壤C分解的综合实地研究。

基于此，在本文中，一组研究团队通过中国广东省西南部中国科学院小良热带海岸带生态系统定位研究站（21°270′N，110°540′E）11年长期N和P添加试验，结合自然丰度C同位素（G2201-i Isotopic CO2/CH4, Picarro, Santa Clara, CA, USA）研究，以同时量化N和P添加对凋落物分解和土壤C矿化作用的影响。作者利用干燥的玉米叶片和玉米根系（两者木质素浓度不同）作为凋落物输入。将凋落物和N/P添加土壤混合以监测叶片凋落物和SOC分解。作者假设：（H1）N添加会减慢总CO2释放，P添加会加速总CO2释放；（H2）N添加会阻碍凋落物和土壤C分解，而P添加会加速凋落物和土壤C分解；（H3）玉米叶片比玉米根系分解更快。为验证假设，作者测量了总CO2通量，并基于同位素组成进行划分，此外每三个月监测细胞外酶活性及微生物群落组成变化以解释潜在机制。

【结果】

12个月田间分解试验中，N、P添加处理土壤中的碳（C）释放率。CK（青绿色）是未施肥对照，+N（橙色）是添加N，+P（亮粉色）是添加P，+NP（绿色）是添加N和P。

每个采样时间后，N、P添加处理的所有土壤深度的总、凋落物或土壤碳（C）释放率与酶活性、微生物群落组成之间的Pearson等级相关性。红色和蓝色的圆圈分别表示正相关和负相关。

结构方程模型（SEM）表明12个月田间分解试验末（2020年12月），土壤和微生物性质如何影响总（a）、凋落物（c）和土壤（e）C释放。在（b）、（d）和（f）中，总效应是直接和间接效应的总和。

【结论】

研究表明N和P添加对凋落物和土壤C释放产生相反的影响，N添加促进凋落物分解，而P添加抑制土壤C分解。N和P添加下凋落物和土壤C释放的明显变化可能归因于酶活性和微生物群落组成的变化。此外，玉米叶片和根系分解无显著差异，表明除了凋落物木质素和纤维素含量，未来土壤C建模还应该考虑P浓度，因为热带森林生产力通常是P受限的。研究结果表明，仅测试N和P有效性对土壤C释放的影响可能无法反映有机C分解特定过程的实际响应，因为N和P有效性对凋落物和SOC分解的影响不同。目前的发现表明在缺P土壤中，微生物可能不受P限制，因为本研究观察到“磷矿”现象。热带森林N和P有效性不平衡可能会导致凋落物或土壤C选择性分解，尤其是当大气N沉降增加时。研究进一步表明土壤C释放增加或降低可能受不同机制作用，凋落物和土壤C分解之间可能会经历土壤C储存的转变，这可能会改变未来气候变化下土壤C稳定性。