鼎湖山站发现长期氮和磷添加减少亚热带森林土壤底层微生物残体碳的积累

作者：鼎湖山站   更新时间：2024-02-26

亚热带森林土壤通常被认为是富氮或贫磷，因此氮和磷输入不仅会影响亚热带森林土壤养分循环，而且还会影响土壤碳循环和碳储量。微生物残体碳在调节森林土壤有机碳稳定性中起着重要作用，但长期氮和磷输入对不同土壤层微生物残体碳的影响仍不清楚。了解不同土层深度微生物残体碳的驱动因素对于准确预测森林土壤有机碳的稳定性和碳储量至关重要。

中国科学院华南植物园鼎湖山站范琳杰博士在郑棉海副研究员的指导下，依托广东省鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站的长期氮磷添加试验平台，选取两种典型的亚热带人工林，即大叶相思林（豆科林，Acacia auriculiformis）和尾叶桉林（非豆科林，Eucalyptus urophylla）为研究对象，探索两种亚热带人工林土壤微生物残体碳在不同土层的变化及其对长期氮和磷添加的响应机理。经过长期（12年）的氮磷添加处理，发现不同土层微生物残体碳浓度的响应存在差异。长期氮和磷添加对表层土壤（0-20cm）的微生物残体碳浓度没有显著影响。磷添加显著降低了两种人工林深层土壤（20-40cm）的微生物残体碳浓度，而氮添加仅降低了尾叶桉林深层土壤微生物残体碳浓度，对大叶相思林的影响不显著。氮和磷同时添加降低了大叶相思林的深层土壤微生物残体碳浓度，但对尾叶桉林没有显著影响。进一步发现，深层土壤的微生物残体碳主要受微生物属性和矿物保护的影响，而在表层土壤中，植物碳输入和矿物保护的作用更为重要。对于深层土壤而言，磷添加导致微生物周转和钙结合碳浓度降低，从而减少了微生物残体碳的积累。虽然表层土壤微生物周转和钙结合碳也减少，但由于表层凋落叶分解速度加快及微生物量增加，植入碳的输入和微生物量的增加可能弥补了表层微生物残体碳的减少，导致表层土壤微生物残体碳浓度无显著变化。这项研究表明，长期大气氮沉降和土壤磷缺乏可能会影响亚热带森林底层土壤碳的稳定性，未来研究需要更多地关注森林不同土层（尤其是底层土壤）有机碳的稳定性及其驱动机理，这对于准确理解和预测亚热带森林土壤固碳潜力至关重要。

相关研究结果以“Long-term nitrogen and phosphorus addition have stronger negative effects on microbial residual carbon in subsoils than topsoils in subtropical forests”为题发表在全球变化领域期刊Global Change Biology。中国科学院华南植物园范琳杰博士为论文的第一作者，郑棉海副研究员为通讯作者。中国科学院华南植物园莫江明研究员、武东海研究员等参与了该项工作。该项研究得到国家重点研发-青年科学家项目、中国科学院青年创新促进会项目、国家自然科学基金项目等资助。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.17210

图1. 氮和磷添加对豆科和非豆科人工林不同土层微生物残体碳的影响

图2. 氮和磷添加下豆科和非豆科林不同土层微生物残体碳的响应机制