树冠层和下层植被中氮的添加通过凋落物-微生物-矿物相互作用，对土壤有机碳的不同组分产生差异性调节作用

《Forest Ecosystems》：Canopy and understory nitrogen additions differentially regulate soil organic carbon fractions via litter–microbe–mineral interactions

森林土壤中氮沉降通过树冠与树下添加路径影响有机碳组分（POC与MAOC），树冠添加抑制POC而树下添加促进POC积累，同时树下添加导致MAOC显著减少。机制涉及微生物多样性、酶活性、土壤酸化及矿物结合过程。

　　氮沉降对森林土壤有机碳（SOC）的影响一直是一个备受关注的生态学研究领域。随着人类活动的加剧，尤其是化石燃料的燃烧和氮肥的使用，自19世纪以来，大气氮沉降量显著上升。氮沉降在促进植物生长和增加凋落物产量方面发挥着重要作用，但其对SOC储量的影响却呈现出复杂的模式。一些研究表明，氮沉降可能不会显著增加SOC储量，甚至可能导致其减少。这种不一致性主要归因于SOC的不同组成部分——颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）——对氮沉降的响应差异。因此，理解POC和MAOC如何响应氮沉降，对于改进SOC动态预测和增强地球系统模型中土壤碳稳定过程的模拟具有重要意义。

本研究在一个长期氮添加实验中进行，实验地点位于中国浙江省安吉县的毛竹森林生态系统研究站。该实验包括六种处理，分别结合了冠层和林下氮添加，并使用了有机氮（尿素与甘氨酸的混合物）和无机氮（硝酸铵）两种形式，每种形式的添加量均为50千克·氮·公顷?1·年?1。实验过程中，研究团队在林下安装了分解袋，进行了为期两年的凋落物分解实验，并在季度间隔内收集了数据。同时，他们还在分解袋下方的土壤中采集了样本，以分析土壤性质的变化。研究的目的是探讨冠层与林下氮添加以及有机与无机氮形式对土壤POC和MAOC浓度的影响。

研究结果显示，冠层氮添加显著降低了POC浓度（减少15.9%），但对MAOC没有明显影响（P > 0.05）。相比之下，林下氮添加显著增加了POC浓度（增加30.9%），同时减少了MAOC浓度（减少28.9%）。冠层氮添加通过增强过氧化物酶活性和真菌多样性（FuD）来降低POC浓度，而林下氮添加则通过抑制凋落物分解来促进POC的积累。此外，林下氮添加引起的土壤酸化降低了土壤中的钙离子（Ca2?）浓度、微生物碳利用效率（CUE）以及细菌残体碳（BNC），同时也抑制了凋落物水溶性化合物的释放，从而进一步抑制了MAOC的形成。值得注意的是，无论是有机氮还是无机氮，它们对SOC各组分的影响并没有显著差异（P > 0.05）。

这些结果强调了冠层和林下氮添加在调节SOC组分方面的不同作用机制。冠层氮添加可能通过增强微生物活性和矿物结合过程，间接影响MAOC的形成。而林下氮添加则可能通过改变土壤化学性质和微生物活动，直接促进POC的积累和MAOC的减少。这种差异可能源于氮沉降进入土壤的路径不同，以及其对植物生理和土壤微生物群落的反馈机制不同。因此，传统的林下氮添加实验可能无法准确反映大气氮沉降对森林土壤碳固存的真实影响。

本研究还揭示了氮添加对凋落物分解速率和土壤碳组分的潜在机制。例如，林下氮添加通过减缓凋落物分解，增加了未分解有机物的积累，从而促进了POC的增加。这种机制可能与土壤酸化导致的钙离子流失和微生物残体碳的减少有关。而冠层氮添加则可能通过提高过氧化物酶活性和真菌多样性，加速了凋落物的分解，从而减少了POC的积累。这些发现表明，氮沉降对SOC的影响不仅取决于其形式，还与添加路径密切相关。

此外，研究团队还通过结构方程模型（PLS-SEM）分析了凋落物分解、POC和MAOC之间的关系，以及这些过程如何受到土壤化学和微生物属性的影响。结果表明，土壤pH、过氧化物酶活性（PER）和酚氧化酶活性（POX）是影响POC的关键因素，而土壤pH、钙离子浓度（Ca2?）和过氧化物酶活性（PER）则在MAOC的形成中起着重要作用。这些发现为理解氮沉降如何通过改变凋落物分解和微生物活动来影响土壤碳组分提供了新的视角。

研究的结论表明，在亚热带毛竹林生态系统中，冠层和林下氮添加对SOC各组分的影响存在显著差异。林下氮添加促进了POC的积累，但抑制了MAOC的形成，而冠层氮添加则减少了POC，但对MAOC的影响不显著。这表明，传统的林下氮添加实验可能高估了大气氮沉降对土壤碳固存的影响。因此，未来的研究和模型构建应考虑氮沉降的进入路径及其对土壤碳循环的调控作用，以更准确地预测氮沉降对森林生态系统的影响。

总之，本研究通过长期的氮添加实验，揭示了氮沉降对亚热带毛竹林土壤有机碳组分的影响机制。研究结果不仅为理解氮沉降对森林生态系统碳循环的作用提供了新的证据，还强调了在进行相关研究时，必须考虑氮沉降的进入路径及其对植物和土壤微生物的反馈机制。这些发现对于制定有效的森林碳管理策略和改善地球系统模型的准确性具有重要意义。