土壤是陸地生態系統最大的碳庫，至少有一半的土壤有機碳儲存于森林中。熱帶和亞熱帶森林主導全球森林碳循環，它們占據全球森林78%總碳排放和55%總碳吸收。人類活動也導致大氣氮沉降加劇，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。但目前學術界關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碳及其不同的碳庫組分，以及球囊霉素和微生物殘體碳的影響。研究發現，氮沉降提高了土壤有機碳庫總量，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碳庫的趨勢。進一步分析土壤酶活性和真菌群落組成發現，磷添加提升了部分氧化酶的活性以及土壤中氧化酶相關基因的表達量。這表明熱帶地區高氮低磷的環境有利于土壤有機碳的固持，但其增加的碳主要是易分解的碳庫組分，其穩定性下降。相關結果以Nitrogen deposition in low-phosphorus tropical forests benefits soil C sequestration but not stabilization為題在線發表于Ecological Indicators（《生態指標》） （IF5=6.3）上。 文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X22012341
在此基礎上，小良站研究人員進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、微生物殘體碳與土壤有機碳含量均較高，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體碳地較高含量是長期積累和微生物降解受到抑制的結果。然而，球囊霉素或微生物殘體碳對土壤有機碳的相對貢獻沒有變化或低于對照，這是因為其他碳源對土壤有機碳的貢獻更大，而這些碳源與土壤礦物質的結合在很大程度上不穩定。該結果進一步證實熱帶森林在響應氮沉降過程中具有較好的有機碳封存潛力，有助于減緩氣候變化。然而，施氮土壤中增加的有機碳大部分與土壤礦物質無關，因而容易分解釋放到大氣中。該研究結果以“Nitrogen deposition enhances soil organic carbon and microbial residual carbon in a tropical forest”為題在線發表在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基金面上項目、廣東省科技廳野外臺站項目、中科院青促會項目和廣東省杰青項目等資助。
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制。
圖 2：概念圖顯示了在氮添加條件下球囊蛋白相關土壤蛋白和微生物殘體碳的積累對土壤有機碳含量的影響，以及潛在的微生物機制。
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