Picarro--氮磷添加對熱帶森林凋落物和土壤碳釋放具有的不同影響

 

陸地生態系統土壤每年釋放大量二氧化碳（CO₂），主要來源于凋落物和土壤C分解。養分有效性，尤其是N和P，在凋落物和土壤C分解中發揮著重要作用。一般來說，熱帶森林是P受限的生態系統，凋落物和土壤C分解動態對P添加響應程度大于N添加。大量研究表明，在熱帶森林中P添加會加速土壤C和凋落物分解，從而減少土壤C儲量。但也有一些研究結果與此不同，這種不確定響應需要我們進一步詳細研究以了解其潛在機制。目前，大多數研究主要集中在凋落物或土壤C分解上，鮮少進行凋落物和土壤C分解的綜合實地研究。
 

基于此，在本文中，一組研究團隊通過中國廣東省西南部中國科學院小良熱帶海岸帶生態系統定位研究站（21°270′N，110°540′E）11年長期N和P添加試驗，結合自然豐度C同位素（G2201-i Isotopic CO₂/CH₄, Picarro, Santa Clara, CA, USA）研究，以同時量化N和P添加對凋落物分解和土壤C礦化作用的影響。作者利用干燥的玉米葉片和玉米根系（兩者木質素濃度不同）作為凋落物輸入。將凋落物和N/P添加土壤混合以監測葉片凋落物和SOC分解。作者假設：（H1）N添加會減慢總CO₂釋放，P添加會加速總CO₂釋放；（H2）N添加會阻礙凋落物和土壤C分解，而P添加會加速凋落物和土壤C分解；（H3）玉米葉片比玉米根系分解更快。為驗證假設，作者測量了總CO₂通量，并基于同位素組成進行劃分，此外每三個月監測細胞外酶活性及微生物群落組成變化以解釋潛在機制。
 

【結果】

 

12個月田間分解試驗中，N、P添加處理土壤中的碳（C）釋放率。CK（青綠色）是未施肥對照，+N（橙色）是添加N，+P（亮粉色）是添加P，+NP（綠色）是添加N和P。

 

每個采樣時間后，N、P添加處理的所有土壤深度的總、凋落物或土壤碳（C）釋放率與酶活性、微生物群落組成之間的Pearson等級相關性。紅色和藍色的圓圈分別表示正相關和負相關。

 

結構方程模型（SEM）表明12個月田間分解試驗末（2020年12月），土壤和微生物性質如何影響總（a）、凋落物（c）和土壤（e）C釋放。在（b）、（d）和（f）中，總效應是直接和間接效應的總和。
 

【結論】
 

研究表明N和P添加對凋落物和土壤C釋放產生相反的影響，N添加促進凋落物分解，而P添加抑制土壤C分解。N和P添加下凋落物和土壤C釋放的明顯變化可能歸因于酶活性和微生物群落組成的變化。此外，玉米葉片和根系分解無顯著差異，表明除了凋落物木質素和纖維素含量，未來土壤C建模還應該考慮P濃度，因為熱帶森林生產力通常是P受限的。研究結果表明，僅測試N和P有效性對土壤C釋放的影響可能無法反映有機C分解特定過程的實際響應，因為N和P有效性對凋落物和SOC分解的影響不同。目前的發現表明在缺P土壤中，微生物可能不受P限制，因為本研究觀察到“磷礦”現象。熱帶森林N和P有效性不平衡可能會導致凋落物或土壤C選擇性分解，尤其是當大氣N沉降增加時。研究進一步表明土壤C釋放增加或降低可能受不同機制作用，凋落物和土壤C分解之間可能會經歷土壤C儲存的轉變，這可能會改變未來氣候變化下土壤C穩定性。
 

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