生态前沿◎188
Glob. Chang. Biol. | Research Article
大气氮（N）和磷（P）沉降会改变陆地生态系统中养分的有效性，从而影响土壤碳循环过程。大量研究表明，N和P营养输入会显著改变土壤有机碳的矿化速率。然而，当前对营养输入如何影响土壤碳-气候反馈（通常用土壤碳分解的温度敏感性Q10来表征）的认识仍然有限。在广泛地理尺度上营养输入影响Q10的一般模式仍缺乏系统性认识。为回答这一科学问题，该研究在中国六种不同森林生态系统的36个地点采集表层土壤（图1），并设置了不同的养分添加处理（包括N添加、P添加和NP共同添加）和对照组（无养分添加），然后测定了Q10值。为揭示养分添加影响Q10的机制，该研究考虑了气候、初始土壤理化性质、以及处理前后的底物质量、底物有效性和微生物群落等要素。图1 | 中国森林生态系统36个土壤采样点的空间分布。研究结果显示，N、P及其共同添加（NP）使Q10平均增加了约11.3%、11.5%和23.9%。此外，温暖地区（热带和亚热带）Q10对营养添加的响应强于寒冷地区（温带和寒带）（图2）。综合考虑各种因子，研究进一步发现，养分添加诱导的底物有效性变化是调控Q10对养分添加响应的主要因素。
图2 | 养分添加对所有森林生态类型（a）和不同森林类型（b）土壤碳分解温度敏感性（Q10）的影响。综上所述，该研究揭示了营养添加会增强土壤碳分解的温度敏感性（图3）。这一发现表明，在全球气候变暖背景下，氮磷沉降导致的土壤碳储量增加可能会受到减弱。此外，养分添加引起的Q10变化因气候条件的不同而异，对温暖地区的影响强于寒冷地区；这种差异对土壤碳-气候反馈的预测具有重要意义，尤其是在氮磷沉降较为强烈的热带森林中。
图3 | 概念图说明养分输入对土壤碳分解温度敏感性（Q10）的影响及其机制。相关研究成果于2024年10月23日以“Nutrient Addition Enhances the Temperature Sensitivity of Soil Carbon Decomposition Across Forest Ecosystems”*为题发表在Global Change Biology上。复旦大学陈晨博士后为论文第一作者、复旦大学李金全青年研究员为论文通讯作者；上海师范大学裴俊敏博士、复旦大学/云南大学李博教授、复旦大学方长明教授和聂明教授为该论文的共同作者。该研究受到国家自然科学基金重大研究计划和青年项目、上海市碳达峰碳中和专项等项目的资助。
*Chen, C., Pei, J., Li, B., Fang, C., Nie, M. and Li, J. (2024), Nutrient Addition Enhances the Temperature Sensitivity of Soil Carbon Decomposition Across Forest Ecosystems. Glob Change Biol, 30: e17543. https://doi.org/10.1111/gcb.17543
此外，李金全和聂明团队近期还揭示了土壤微生物调控碳分解温度敏感性的直接证据。该团队利用土壤团聚体破坏和微生物接种相结合的方法，区分底物、物理保护和微生物群落的作用。为获得底物、理化保护、微生物群落以及Q10值较大的的变异，使用了两种尺度的土壤样品开展研究：空间尺度样品（中国东部森林南北样带7个样点土壤）和时间尺度样品（开展4年长期培养实验，使用第0、1、2、3、4年土壤）。通过分别对空间尺度样品和时间尺度样品进行土壤团聚体破坏和微生物交互接种，然后测定Q10值，从而揭示底物、物理保护和微生物群落是否直接调控Q10的时空变异（图4）。研究结果表明，Q10值的空间或时间变异主要受微生物群落的直接调控，而底物和物理保护作用不起直接作用。
图4 | 概念图展示利用空间尺度样品（a）和时间尺度样品（b）采用土壤团聚体破坏和微生物接种相结合的方法，探究底物、物理保护和微生物群落是否直接调控Q10的时空变异。相关研究成果于2024年10月08日以“Direct Evidence for Microbial Regulation of the Temperature Sensitivity of Soil Carbon Decomposition”†为题发表在Global Change Biology上。
†Pei, J., Fang, C., Li, B., Nie, M. and Li, J. (2024), Direct Evidence for Microbial Regulation of the Temperature Sensitivity of Soil Carbon Decomposition. Glob Change Biol, 30: e17523. https://doi.org/10.1111/gcb.17523![]()
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