近日，我院根系生态学团队有关长期氮沉降对亚热带森林土壤激发效应影响及其微生物机制的研究成果，以“Long-term nitrogen deposition inhibits soil priming effects by enhancing phosphorus limitation in a subtropical forest”为题，发表在国际著名生态学期刊Global Change Biology上。王小红博士后为第一作者，陈光水教授和吕茂奎副研究员为共同通讯作者，福建师范大学为第一署名单位。合作者还包括北京大学的朱彪研究员和美国加州大学河畔分校助理教授Peter M. Homyak。该研究得到了国家重点研发计划子课题和国家自然科学基金项目的资助。
土壤激发效应指的是植物碳输入引起的土壤有机质分解速率加快或减慢的现象，是调控土壤有机质分解的关键机制。热带亚热带森林在全球碳循环和调节全球气候变化上具有重要作用。热带亚热带森林是典型的富氮贫磷的生态系统，磷是限制该生态系统微生物代谢和土壤有机质分解最主要的养分元素；而目前正在不断增加的氮沉降则进一步加剧了该生态系统的磷限制。然而，目前尚不清楚长期氮沉降如何影响热带亚热带森林土壤激发效应；有限的关于野外原位氮沉降对土壤激发效应影响的研究主要以氮限制的生态系统为主。
本研究以福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站亚热带常绿阔叶林长期模拟氮沉降试验样地（建于2012年，设置对照（0 kg N ha-1）、低氮（40 kg N ha-1）、高氮（80 kg N ha-1）3个处理）为研究对象，采集样地内0-10 cm表层土壤；通过添加13C标记的葡萄糖和纤维素以分别模拟根系分泌物和凋落物输入，开展为期30天的室内短期培养试验；为验证长期氮沉降是否通过加剧磷限制调控土壤激发效应，实验还设置了磷添加处理。
研究发现：（1）长期氮沉降降低了土壤总磷和微生物生物量磷，提高了土壤氮:磷比和微生物碳:磷比和氮:磷比，表明氮沉降加剧了磷限制。（2）氮沉降降低了葡萄糖诱导的激发效应，且葡萄糖诱导的激发效应与土壤总磷、微生物生物量磷和速效磷显著正相关；磷添加提高了葡萄糖和纤维素诱导的激发效应，且提高幅度随氮沉降梯度而增加，表明长期氮沉降加剧的磷限制抑制了土壤激发效应。（3）相对于葡萄糖诱导的激发效应，磷添加对纤维素诱导的激发效应的提高幅度更大，表明复杂的植物源碳（如凋落物）输入引起的激发效应比简单的植物源碳（如根系分泌物）输入引起的激发效应更受磷限制。（4）微生物的证据表明，在葡萄糖输入处理中，磷限制通过抑制微生物的碳获取而降低了葡萄糖诱导的激发效应，支持了微生物化学计量分解机制；而在纤维素输入中，磷限制使微生物以牺牲碳氮获取为代价而增加磷获取投资，从而降低了纤维素诱导的激发效应，支持了微生物磷挖掘机制。研究结果揭示了长期氮沉降调控磷限制的热带亚热带森林土壤碳循环的新机制，为深入理解全球变化背景下热带亚热带森林土壤碳吸存动态提供机理认识。
图1: a, 不同磷添加水平下葡萄糖(Glu)和纤维素(Cellu)诱导的激发效应强度; b, 磷添加对葡萄糖和纤维素诱导的激发效应强度的影响
图2: 氮沉降调控葡萄糖（右）和纤维素（左）诱导的激发效应的微生物机制
原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.16718
