冠层与林下氮添加对温带森林细根分解的差异化调控机制

本研究通过8年野外实验，首次系统比较冠层氮添加(CAN)与林下氮添加(UAN)对温带落叶林细根分解的影响。研究发现50 kg N ha–1 yr–1处理下，CAN通过改变根系质量和增加微生物量使分解速率提升23.4%，而UAN因土壤酸化导致分解降低18.0%。该成果为完善森林碳循环模型提供了关键理论依据。

　　

研究背景
在全球氮沉降加剧的背景下，森林生态系统碳循环过程正面临深刻变化。细根（直径≤2 mm）作为陆地净初级生产力的三分之一贡献者，其分解过程直接调控着碳(C)和养分循环。然而现有研究存在两大盲区：一是普遍采用林下施肥(UAN)模拟氮沉降，忽视了冠层对氮素的拦截转化作用；二是关于氮添加对细根分解的影响机制存在显著分歧——既有研究报道抑制、促进或无效应。这种认知缺口使得预测森林碳汇功能变得困难，正如大别山国家森林生态站的研究团队在《Forest Ecology and Management》指出的：当全球模型仍在用UAN数据预测碳循环时，可能严重低估了冠层氮处理(CAN)的关键作用。

研究方法
研究团队在河南大别山典型温带落叶林建立8年野外控制实验，设置0/25/50 kg N ha^–1 yr^–1三个梯度的CAN与UAN处理。采用凋落物袋法监测细根分解动态，结合根系化学性状（C:N比、酸不溶组分AIF等）、土壤性质（pH值、酶活性）和微生物生物量等多维度指标分析。

研究结果

1. 初始细根质量差异
   五年氮处理使CAN组细根C:N比显著高于UAN组(38.7 vs 32.1)，AIF含量降低12.3%，非结构性碳水化合物(NSC)增加19.5%，这些改变为后续分解差异奠定物质基础。

2. 分解速率分化
   50 kg N ha^–1 yr^–1处理下，CAN使分解速率较对照提升23.4%，而UAN组降低18.0%。这种"剪刀差"效应在分解中后期(18-24个月)尤为显著。

3. 驱动机制解析
   CAN通过提升细根NSC含量（+21.8%）和降低木质素/N比（-15.6%）刺激微生物活动，使纤维素酶活性提高34.2%；UAN则导致土壤pH下降0.8单位，抑制了木质素降解菌群。

结论与意义
该研究首次揭示冠层氮处理通过"根系质量-微生物协同"途径促进分解，而林下氮添加引发"土壤酸化-酶抑制"链式反应。这一发现改写了传统氮沉降生态效应的认知框架，证明忽略冠层过程将导致碳循环模型产生系统性偏差。研究为东亚高氮沉降区（如中国）的森林碳汇预测提供了关键参数，建议未来模型整合CAN特异性参数，特别是细根功能性状动态与微生物响应模块。正如通讯作者Chenlu Zhang强调的：森林冠层不仅是氮沉降的"过滤器"，更是调控地下碳循环的"隐形开关"。