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Soil net carbon balance depends on soil C:N:P stoichiometry
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Abstract
外源碳 (C) 输入可能引起启动效应，通过加速原生土壤有机质 (SOM) 的分解导致土壤有机碳 (SOC) 的损失，同时也通过各种机制补充SOC。然而，长期施用氮 (N) 肥后由SOC的启动和补充所产生的净碳平衡及其化学计量调节机制仍未得到充分确定。以经过 11 年不同氮施用的土壤为研究对象，研究了添加外源13 C 标记葡萄糖后的净碳平衡。葡萄糖衍生的碳的保留超过了启动效应造成的碳损失，产生了正的净碳平衡，尽管历史氮施用 (范围从 25.9 到 36.9 μg C mg−1 SOC) 有所减弱。随着历史氮水平的增加，土壤碳氮不平衡减少，土壤氮磷不平衡增加，阈值元素比率 (TER)中TERC:N和 TERC:P也增加。这表明，随着氮有效性的增加，土壤微生物群落对碳和/或磷的限制加剧。土壤养分化学计量不平衡和可用资源化学计量直接影响阈值元素比，进而影响葡萄糖矿化，进而影响净碳平衡。总之，我们的研究结果提供了确凿的证据，表明不稳定碳输入可导致正的净碳平衡，这种平衡随着历史氮施用量的增加而减少，主要受土壤 C：N：P 化学计量的调节。这项研究强调了长期氮施用管理对农田生态系统土壤碳周转和固存的重要影响。
Result
图 1. 培养期内不同历史施氮水平下的动态（a）和累积（b）净碳平衡。
图 2.历史施氮水平对土壤微生物群落及其资源之间化学计量失衡的影响，以 C:N可用资源（或 C:P、N:P）与 C:N微生物生物量（或 C:P、N:P）的比率来衡量。
图3.历史施氮水平对土壤微生物群落阈值元素比（TER）C：N（a）和（TER）C：P （b）的影响。
图 4.不同历史施氮水平下土壤微生物群落及其资源的对数e转换化学计量学与 C:N 稳态 (a)、C:P 稳态 (b) 和 N:P 稳态 (c)之间的关系。拟合线显示相关性，面板中的阴影区域显示拟合回归模型的 95% 置信区间。圆圈颜色代表不同的 N 处理。
图 5.随机森林平均预测因子重要性（MSE（均方误差）的百分比增加）作为净碳平衡的预测因子。
图6 . （a）基于偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）的土壤化学计量学对不同历史施氮水平下净碳平衡的直接和间接影响。箭头旁边的数字表示路径系数，是关系的直接标准化效应大小。R2值表示每个内生变量的方差比例。蓝线和绿线分别表示正效应和负效应。实线和虚线分别表示显著和不显著的关系。每个预测因子的显著性水平为 * p < 0.05、** p < 0.01、*** p < 0.001。（b）基于偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）得出的所选因子对净碳平衡的标准化总效应。
Conclusion
不稳定碳输入土壤可能促进SOC的积累，即使在长期施氮条件下旧碳分解增加的情况下也是如此。环境中氮的可用性增加加剧了土壤微生物群落对碳和/或磷的限制，导致土壤净碳平衡随着历史施氮水平的增加而降低。土壤C:N:P化学计量直接影响葡萄糖矿化的量，最终影响净碳平衡。这些发现有望为解释不同长期氮管理中的土壤碳动态提供有价值的见解，并增进我们对农业生态系统中碳封存的理解。进一步的研究应侧重于提高我们对净碳平衡机制的理解，包括微生物群落的动态及其使用稳定同位素标记方法对土壤碳周转的关键贡献。
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