论文推荐||安徽农业大学徐小牛教授团队开展长期氮磷添加对亚热带森林土壤有机碳储量及其组分的影响研究

1.2.1 样品采集

2020年10月在每个样地随机取3点(共54个)，采用剖面法取[0，10)、[10，20)、[20，30)、[30，40) cm共4个土层的土样，每个土层采集1份样品，共计216份土壤样品(18样地×4土层×3重复)，把各土层3份重复土样均匀混合成1份，共计72份土样。同一份土样分成两部分，一部分土样自然风干压碎后过孔径0.25 mm筛，用于测定土壤有机碳（SOC）及全氮（TN）含量；另一部分鲜土样用于测定活性SOC、SON组分及理化性质。

1.2.2 样品分析

土壤理化性质、SOC及SOC组分含量测定。土壤pH、电导率（EC）、土壤容重（BD）、土壤含水率（SWC）、土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）、颗粒有机碳（POC）含量测定等方法详见刘雅洁等的方法；

土壤铵态氮（）、硝态氮（）含量采用1 mol/L KCl溶液浸提土样，全磷（TP）含量使用V（HNO₃）：V（HClO₄）=3：1混合液高温消煮提取，连续流动注射分析仪（Alliance-Futura，France）测定。

土壤有机氮组分测定。方法同有机碳组分，测定土壤可溶性有机氮（DON）、微生物生物量氮（MBN）、颗粒有机氮（PON）含量。

土壤碳储量计算公式(1)如下:

利用Excel 2019进行数据整理，通过SPSS 21.0进行统计分析，用Origin 2019软件绘图。图表数据用平均值和标准误差表示。采用双因素方差分析（Two-way ANOVA）和事后多重比较（LSD法）分析不同N及N+P添加处理和不同土层下土壤有机碳储量、SOC及土壤C、N组分间的差异，用Pearson相关性分析土壤有机碳储量、SOC和土壤养分、理化性质之间的相关性。显著性水平均设为0.05。

长期N及N+P添加对不同土层土壤有机碳储量和SOC的影响，如图2所示。

由图2可以看出，在[30， 40） cm土层，与CK相比，N+P添加后土壤有机碳储量和SOC含量显著降低（P<0.05）。在其他土层，N和N+P添加后土壤有机碳储量和SOC含量有下降趋势，但差异不显著（P>0.05）。不同土层之间，土壤有机碳储量和SOC含量的变化显著，表层土[0， 10） cm土壤有机碳储量和SOC含量最高，分别为44.29~47.80 t/hm²和37.13~39.25 g/kg，均显著高于深层土[10， 40） cm的，说明SOC在土壤表层富集。双因素方差分析结果（表1）显示，不同处理和土层的交互作用对土壤有机碳储量及C、N组分均无显著影响（P>0.05），但是不同处理对MBC、MBN以及DON等含量影响显著（P<0.05）。

研究发现，SOC组分和SON组分对N及N+P添加的响应存在差异（图3、图4）。与CK相比，N添加和N+P添加后[20，40） cm土层MBC显著降低。在[20， 30） cm土层，N及N+P添加后POC显著下降，在其余土层对不同处理的响应不显著。不同N及N+P添加对DOC的影响并不明显（P >0.05）。

在[0， 30） cm土层，DON含量在N+P添加后均显著高于CK（图4），同时随土层深度显著下降（P <0.05）。PON含量在[0， 10） cm土层显著高于其他土层，但不同处理间无显著差异（P >0.05）。与DON相反，MBN含量在N+P添加和N添加后低于CK，且在[10， 40） cm土层内差异显著。

根据相关性分析热图（图5）可知，土壤碳储量与土壤C、N、P含量均极显著相关，与POC、PON、MBC、MBN极显著正相关（P<0.01），但与DOC无显著相关关系（P>0.05）。土壤碳储量与土壤含水率（SWC）极显著正相关（P<0.001），与BD显著负相关，说明土壤碳储量与SWC和容重（BD）关系较密切。土壤碳储量与不同土壤理化性质的相关性大小为：TN>POC>PON>MBN>SWC>MBC>TP>pH>EC>BD，因此，土壤SOC、SON组分可能共同影响森林土壤有机碳储量。

对SOC、SON组分与有机碳储量进行线性回归拟合结果表明（图6），POC、MBC与土壤碳储量的具有极显著线性相关关系（P<0.01），分别能解释75.4%、26.0%的变化，这表明随着POC和MBC含量增加，土壤有机碳储量呈线性增加。DOC与土壤有机碳储量并未出现线性拟合关系。

SON组分中，3种活性SON组分DON、PON及MBN与土壤有机碳碳储量均有显著线性相关关系（P<0.05）（图7），回归直线斜率变化幅度较小，对应的R²差异较大,分别能解释有机碳储量11.4%、71.7%和49.3%的变化。

SOC库的变化与气候、植被覆盖和管理等多种因素密切相关，N沉降是其中不可忽视的因素之一。本研究结果表明，土壤碳储量和SOC含量之间存在高度一致的协变关系，随着土壤深度增加土壤碳储量及SOC含量呈递减趋势，与之前的研究结果高度一致。这可能是由土壤微生物在剖面的动力分布及凋落物分解过程中产生的有机质进入土壤的次序共同决定的。表层土中微生物丰度高且活性较强，对有机质的分解较快，积累了相对多的SOC。而下层土壤中微生物活性较低、数量较少，形成相对富集的SOC库。本研究结果显示，土壤碳储量对添加N及N+P的响应较弱，表明土壤有机碳储量相对稳定，对于外源性N、P添加的响应敏感性低。[30， 40） cm处深层土在添加N+P后，SOC含量及储量显著降低。目前，N沉降对土壤SOC的影响主要表现为促进、抑制或者无明显影响。但在P限制的亚热带森林土壤中，长期高N[100 kg/（hm²·a)]添加可能促进地上生物量的积累和根系分泌物进而引发激发效应，通过复杂的地球物理化学过程对SOC储量产生消极影响。因此，10年的N及N+P添加对亚热带常绿阔叶林土壤SOC含量及储量影响不显著，但是显著降低深层土壤有机碳储量和含量，这表明在经过长期的添加N及N+P后，较深层土壤碳储量可能受到消极影响。

添加N及N+P对SOC库的影响更多的体现在C组分的分配与动态变化，同时通过影响有机氮组分的动态变化影响土壤碳储量的稳定性。DOC是碳库中极其活跃的组分，主要是凋落物分解和淋溶的产物，外源性N、P的输入，可能通过改变凋落物的分解及周转速率影响DOC含量。然而，本研究结果显示DOC对不同养分添加并未表现出一致的变化趋势，这可能是由于试验点坡位导致的立地条件差异，DOC同时受到立地条件和养分添加的共同影响，因此对N及N+P添加的响应并不显著。土壤中DON的来源和循环动向较复杂，一般存在于纯天然土壤水溶液中的SON。本研究中，DON与无机态氮（、）显著正相关，添加N+P后含量上升，这可能是由于外源性N输入使植物可吸收的无机N源充足，减少了对土壤中DON的分解利用。而添加P一定程度上缓解了植物的P限制、促进了植物生长，促使土壤中根系分泌物与植物残体的增加，进一步提供了DON来源。POC和PON主要来源于植物残体在分解过程中产生的有机态物质，受凋落物影响较大。但在本研究中POC和PON含量在添加N和N+P后呈下降趋势，并与MBC、MBN分别呈现极显著的相关关系。这可能是由于添加N+P改变土壤pH，酸性环境抑制了微生物的生存活性，从而削弱了植物残体的分解速率。添加N、P对MBC和MBN有强烈的抑制作用，这与Chen等之前的研究结果一致，两种可能存在的机制可以解释添加N及N+P对土壤微生物生物量的抑制作用。降低土壤pH或增加土壤H⁺可能会抑制微生物生长，并改变微生物群落组成。此外，土壤酸化引起的Ca²⁺和Mg²⁺的淋溶将使微生物对恶劣环境更加敏感。有研究表明，土壤pH下降后，土壤环境酸化，尽管有机质含量可能有所增加，但是不易被土壤中的微生物利用，造成了土壤微生物生物量减少和土壤微生物群落结构的改变。因此，添加N及N+P造成的土壤酸化很可能是调控土壤微生物生物量的主要因素。本研究结果表明有机碳储量与土壤中有机碳氮组分密切相关，因此，长期添加N及N+P对亚热带森林土壤碳储量虽然无显著影响，但通过影响SOC库、SON库中活性较强的组分，总体上对土壤碳储量产生一定程度的消极影响。长期添加N及N+P显著降低土壤MBC和MBN含量，而未能显著降低土壤POC和DOC含量，这表明微生物生物量对N、P添加更为敏感。此外，颗粒有机碳、氮是有机碳氮库中对土壤碳储量变化解释度最大的组分。