Picarro--氮磷添加對(duì)熱帶森林凋落物和土壤碳釋放具有的不同影響

 

陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤每年釋放大量二氧化碳（CO₂），主要來(lái)源于凋落物和土壤C分解。養(yǎng)分有效性，尤其是N和P，在凋落物和土壤C分解中發(fā)揮著重要作用。一般來(lái)說(shuō)，熱帶森林是P受限的生態(tài)系統(tǒng)，凋落物和土壤C分解動(dòng)態(tài)對(duì)P添加響應(yīng)程度大于N添加。大量研究表明，在熱帶森林中P添加會(huì)加速土壤C和凋落物分解，從而減少土壤C儲(chǔ)量。但也有一些研究結(jié)果與此不同，這種不確定響應(yīng)需要我們進(jìn)一步詳細(xì)研究以了解其潛在機(jī)制。目前，大多數(shù)研究主要集中在凋落物或土壤C分解上，鮮少進(jìn)行凋落物和土壤C分解的綜合實(shí)地研究。
 

基于此，在本文中，一組研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)中國(guó)廣東省西南部中國(guó)科學(xué)院小良熱帶海岸帶生態(tài)系統(tǒng)定位研究站（21°270′N，110°540′E）11年長(zhǎng)期N和P添加試驗(yàn)，結(jié)合自然豐度C同位素（G2201-i Isotopic CO₂/CH₄, Picarro, Santa Clara, CA, USA）研究，以同時(shí)量化N和P添加對(duì)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(zhì)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(jiān)測(cè)葉片凋落物和SOC分解。作者假設(shè)：（H1）N添加會(huì)減慢總CO₂釋放，P添加會(huì)加速總CO₂釋放；（H2）N添加會(huì)阻礙凋落物和土壤C分解，而P添加會(huì)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(yàn)證假設(shè)，作者測(cè)量了總CO₂通量，并基于同位素組成進(jìn)行劃分，此外每三個(gè)月監(jiān)測(cè)細(xì)胞外酶活性及微生物群落組成變化以解釋潛在機(jī)制。
 

【結(jié)果】

 

12個(gè)月田間分解試驗(yàn)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(duì)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(gè)采樣時(shí)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(jí)相關(guān)性。紅色和藍(lán)色的圓圈分別表示正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。

 

結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）表明12個(gè)月田間分解試驗(yàn)?zāi)��?020年12月），土壤和微生物性質(zhì)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(yīng)是直接和間接效應(yīng)的總和。
 

【結(jié)論】
 

研究表明N和P添加對(duì)凋落物和土壤C釋放產(chǎn)生相反的影響，N添加促進(jìn)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(wú)顯著差異，表明除了凋落物木質(zhì)素和纖維素含量，未來(lái)土壤C建模還應(yīng)該考慮P濃度，因?yàn)闊釒�森林生產(chǎn)力通常是P受限的。研究結(jié)果表明，僅測(cè)試N和P有效性對(duì)土壤C釋放的影響可能無(wú)法反映有機(jī)C分解特定過(guò)程的實(shí)際響應(yīng)，因?yàn)镹和P有效性對(duì)凋落物和SOC分解的影響不同。目前的發(fā)現(xiàn)表明在缺P(pán)土壤中，微生物可能不受P限制，因?yàn)楸狙芯坑^察到“磷礦”現(xiàn)象。熱帶森林N和P有效性不平衡可能會(huì)導(dǎo)致凋落物或土壤C選擇性分解，尤其是當(dāng)大氣N沉降增加時(shí)。研究進(jìn)一步表明土壤C釋放增加或降低可能受不同機(jī)制作用，凋落物和土壤C分解之間可能會(huì)經(jīng)歷土壤C儲(chǔ)存的轉(zhuǎn)變，這可能會(huì)改變未來(lái)氣候變化下土壤C穩(wěn)定性。
 

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