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(tài)系統(tǒng)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(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。一般來說，熱帶森林是P受限的生態(tài)系統(tǒng)，凋落物和土壤C分解動態(tài)對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(jié)果與此不同，這種不確定響應(yīng)需要我們進一步詳細(xì)研究以了解其潛在機制。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(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年長期N和P添加試驗，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(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)測葉片凋落物和SOC分解。作者假設(shè)：（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(shè)，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(jiān)測細(xì)胞外酶活性及微生物群落組成變化以解釋潛在機制。
 

【結(jié)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(guān)性。紅色和藍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個月田間分解試驗?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添加對凋落物和土壤C釋放產(chǎn)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(zhì)素和纖維素含量，未來土壤C建模還應(yīng)該考慮P濃度，因為熱帶森林生產(chǎn)力通常是P受限的。研究結(jié)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(yīng)，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(fā)現(xiàn)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(xiàn)象。熱帶森林N和P有效性不平衡可能會導(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。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(jīng)歷土壤C儲存的轉(zhuǎn)變，這可能會改變未來氣候變化下土壤C穩(wěn)定性。
 

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