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为探究热带及亚热带森林中低磷有效性和微生物磷缺乏是否限制土壤有机碳（SOC）固存，研究人员在亚热带毛竹林开展长期氮添加实验。结果发现长期氮添加降低 MNC 和 SOC 含量，微生物磷需求是重要驱动因素。该研究为碳磷循环耦合提供新视角。
在全球生态系统中，大气氮（N）沉积已成为影响生态系统碳（C）循环的关键因素。然而，氮沉积对土壤有机碳（SOC，指土壤中各种含碳有机化合物的总和 ）动态变化的影响却十分复杂，时而呈现正向作用，时而又表现出负向影响，甚至有时没有明显变化，这使得 SOC 对氮沉积的响应充满不确定性。热带和亚热带森林是全球重要的碳库，储存着约 30% 的全球 SOC 储量。因此，明确这些地区 SOC 对氮添加的响应及其内在机制，对准确预测全球碳循环变化至关重要。
同时，土壤微生物作为森林生态系统中 SOC 动态变化的关键驱动者，在碳循环过程中发挥着不可或缺的作用。微生物生物量的变化会影响微生物坏死碳（MNC，微生物死亡后残留的含碳物质 ）的形成，而 MNC 又是 SOC 的重要组成部分，其贡献占比可达 30%-80%。此外，氮添加还可能通过改变土壤酸碱度，引发潜在的铝毒性，进而影响微生物生物量。不仅如此，氮添加对土壤酶活性和微生物功能基因丰度也有影响，这些因素共同作用，决定了 SOC 的分解或积累。
另外，亚热带森林土壤普遍存在磷（P）有效性低的问题。长期的基岩风化和淋溶作用，使得土壤中磷的补充速度远远跟不上消耗速度，大气中的磷沉积相比氮沉积又可以忽略不计。在这种情况下，氮沉积会加剧土壤中氮磷失衡，增加微生物对磷的需求。微生物获取磷的过程与 SOC 分解之间的关系尚不明确，究竟是促进 SOC 分解，还是在磷限制时抑制微生物活动，进而促进 SOC 储存，需要更多研究来证实。
毛竹林作为亚热带地区重要的森林类型，是高效的碳汇。但关于氮添加对毛竹林 SOC 含量的影响，研究结果并不一致。有的研究表明氮添加会增加 SOC 含量，而有的研究却发现氮添加降低了 SOC 含量。因此，探究毛竹林 SOC 对长期氮添加的响应及其微生物机制迫在眉睫。
为了解决上述问题，来自中国的研究人员在福建省德化县戴云山自然保护区的毛竹林开展了相关研究。研究发现，长期氮添加降低了微生物生物量和 MNC 的积累，同时促进了与碳降解相关的微生物功能基因丰度和酶活性。此外，长期氮添加导致微生物磷需求增加，通过直接和间接途径降低了 SOC 含量。这一研究成果发表在《Applied Soil Ecology》上，为深入理解土壤碳磷循环的耦合机制提供了新的视角，有助于更准确地预测全球变化背景下森林生态系统的碳动态变化。
研究人员开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。在实验设计上，选取戴云山自然保护区的纯毛竹林作为实验场地，设立氮添加实验组进行长期观测。分析过程中，测定了微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）、微生物生物量磷（MBP），以及各类碳、氮、磷循环酶的活性。同时，检测了细菌、真菌和总坏死碳含量，以此探究微生物相关指标的变化。还对 SOC 含量进行测定，明确氮添加对其的影响。通过这些数据，构建结构方程模型，分析各因素之间的关系。
氮添加对微生物生物量、酶和坏死碳的影响
研究人员通过对实验数据的分析发现，氮添加显著降低了 MBC、MBN 和 MBP（p < 0.05）。与之相反，多数碳循环酶（如 αG、βG、βX）和磷循环酶（如 ACP、PD）的活性在氮添加后明显增强（p < 0.05），而氮循环酶（LAP 和 NAG）的活性则未受氮添加影响。在微生物坏死碳方面，氮添加使得细菌、真菌和总坏死碳含量显著下降（p < 0.05），它们与 SOC 的比值也出现了类似的变化。这表明氮添加对微生物生物量和相关酶活性产生了明显影响，改变了微生物在碳、氮、磷循环中的作用。
氮添加降低 SOC 含量
长期氮添加导致 SOC 含量显著降低。从原因分析来看，一方面，氮添加促进了 αG、βG 和 βX 等调节 SOC 分解的关键酶的活性，加速了 SOC 的分解。另一方面，氮添加减少了微生物生物量。虽然微生物生物量在 SOC 中所占比例较小（< 5%），但其对合成代谢产物（如 MNC）的长期稳定性具有调节作用，微生物生物量的减少不利于 MNC 的形成，进而影响了 SOC 的积累。综合这些因素，导致了 SOC 含量的下降。
研究表明，长期氮添加会降低亚热带毛竹林的微生物生物量和 MNC 积累，促进与碳降解相关的微生物功能基因丰度和酶活性增加。更为重要的是，长期氮添加引发的微生物磷需求增加，通过直接和间接途径降低了 SOC 含量。这一研究揭示了土壤碳磷循环耦合的微生物机制，为理解全球变化背景下森林生态系统碳动态提供了新的理论依据。有助于科学家们更准确地预测未来森林生态系统在氮沉降增加情况下的碳汇功能变化，为森林生态系统的保护和管理提供科学指导，对于应对全球气候变化具有重要意义。
