華南植物園在熱帶森林土壤碳礦化速率對(duì)長(zhǎng)期氮磷添加的響應(yīng)研究獲重要進(jìn)展
土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)受到基質(zhì)和養(yǎng)分有效性的強(qiáng)烈影響，特別是氮（N）和磷（P）。雖然已有許多短期氮磷添加實(shí)驗(yàn)研究養(yǎng)分有效性和土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）礦化之間的關(guān)系，但是利用長(zhǎng)期施肥土壤來(lái)探究SOM礦化的研究并不多。長(zhǎng)期施肥會(huì)改變土壤的生物化學(xué)性質(zhì)，因此，SOM礦化在短期或單一的養(yǎng)分輸入之下的變化不能很好地反應(yīng)長(zhǎng)期施肥或養(yǎng)分沉積對(duì)其帶來(lái)的影響。
中科院華南植物園小良站碩士生張靖凡在導(dǎo)師王法明研究員的指導(dǎo)下，利用熱帶次生林氮磷添加的野外試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行90天的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，在長(zhǎng)期（11年）氮磷添加的土壤中，添加了兩種底物：玉米淀粉或纖維素。測(cè)量了土壤總碳礦化率（CO2通量）來(lái)表征SOM礦化，使用13C同位素示蹤來(lái)確定CO2的來(lái)源（土壤基底碳或添加的底物碳）。通過(guò)測(cè)定胞外酶（酸性磷酸單酯酶(AP)、β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(PHO)和過(guò)氧化物酶(PER)）以及磷脂脂肪酸（PLFA）表征的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)來(lái)解釋SOM礦化速率在不同施肥處理以及底物添加下的差異。
研究發(fā)現(xiàn)，隨著底物的添加,氮磷施肥處理使得SOM礦化速率大幅增加，而沒(méi)有底物添加的土壤中，氮磷添加導(dǎo)致SOM礦化速率降低。兩種底物的添加都能增強(qiáng)酶的活性，但磷添加會(huì)抑制酶的活性。兩種底物的添加均增加了微生物對(duì)P的投資，而只有淀粉的添加促進(jìn)了對(duì)N投資。最后，真菌豐度隨底物添加的增加幅度大于細(xì)菌豐度的增加幅度，特別是在纖維素添加的土壤中，長(zhǎng)期施肥對(duì)真菌豐度的影響更大。研究結(jié)果表明，在氮磷有效性高的生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機(jī)質(zhì)的礦化可能會(huì)增強(qiáng)，因?yàn)樵诘壮渥愕臈l件下，凋落物的輸入可以解除微生物的碳限制，促進(jìn)SOM礦化。我們的研究進(jìn)一步表明，結(jié)構(gòu)相似的底物對(duì)SOM礦化的影響也有明顯的差異，SOM礦化程度強(qiáng)烈依賴于元素化學(xué)計(jì)量比和微生物分解者的資源需求之間的平衡。
相關(guān)研究結(jié)果已近期在線發(fā)表在Science of the Total Environment（《總體環(huán)境科學(xué)》）上。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149341
圖1. 90天培養(yǎng)試驗(yàn)中，長(zhǎng)期氮磷添加下總碳礦化速率(a)，土壤本底碳礦化速率(b)和底物C礦化速率(c)
圖2. 在華南熱帶森林長(zhǎng)期氮磷添加下總有機(jī)碳礦化(a),土壤本底碳礦化(b)和底物碳礦化（c）的微生物機(jī)制示意圖
