氮添加通过改变土壤pH和细菌群落削弱亚热带森林凋落物分解的"主场优势"效应

本研究针对氮沉降如何影响凋落物分解的"主场优势"(HFA)这一关键科学问题，通过12个月的野外控制实验结合meta分析，揭示了氮添加通过降低土壤pH导致细菌群落趋同，从而削弱HFA效应的新机制。研究首次在亚热带城市森林中证实高氮输入(100 kg N ha-1 yr-1)可使HFA指数从3.98降至-6.12，为预测全球变化背景下森林碳氮循环提供了重要理论依据。

　　

在快速城市化的背景下，大气氮沉降已成为影响森林生态系统功能的关键环境因子。凋落物分解的"主场优势"(Home-field advantage, HFA)现象——即凋落物在其原生环境中的分解速率快于异地的现象，被认为是维持森林碳氮循环的重要机制。然而，随着全球氮沉降持续加剧，特别是城市森林承受着高于自然生态系统的氮输入压力，HFA效应如何响应氮添加仍存在显著认知空白。更关键的是，虽然已有研究关注真菌在HFA中的作用，但细菌群落的贡献及其对氮沉降的响应机制仍不明确。

安徽农业大学林业与园林学院的研究团队在合肥蜀山国家森林公园开展了一项创新性研究。通过设置4个氮添加梯度(0、30、50、100 kg N ha^-1 yr^-1)，采用栓皮栎(Quercus acutissima)和马尾松(Pinus massoniana)凋落物的双向移植实验，结合全球森林数据的meta分析，系统探究了氮沉降对HFA效应的影响及其微生物机制。该研究成果发表在《Journal of Plant Ecology》上，为理解人类活动干扰下的生物地球化学循环提供了新视角。

研究主要采用以下技术方法：(1)野外控制实验设计，包括四种氮处理的三重复区组；(2)凋落物分解袋法监测12个月的质量损失动态；(3)土壤理化性质分析(包括pH、NH₄⁺-N等)；(4)16S rRNA基因高通量测序分析细菌群落；(5)基于Bray-Curtis距离的微生物β多样性分析；(6)整合全球21项观测数据的meta分析。

3.1 初始凋落物化学特性与土壤性质
研究发现栓皮栎凋落物具有显著更高的P、N、K等元素含量，C:N比(26)显著低于马尾松(60)，表明其质量更高。预处理土壤分析显示，栓皮栎林土壤总氮和有机碳含量更高，而马尾松林土壤pH值更高(5.4 vs 4.1)。

3.2 凋落物分解速率和主场优势对氮添加的响应
氮添加对两种凋落物的分解产生差异化影响：栓皮栎凋落物分解速率(k值)在所有氮处理下均增加，而马尾松凋落物在高氮(100 kg N ha^-1 yr^-1)下出现抑制。关键发现是，对照组的HFA指数为3.98，而高氮处理使其转为负值(-6.12)，表明氮添加显著削弱了HFA效应。meta分析进一步证实，氮添加对HFA的影响随施氮量增加而降低，并与土壤pH变化显著相关。

3.3 氮添加下的土壤性质变化
氮添加显著降低了马尾松林的土壤pH(从5.4降至4.1)，但对栓皮栎林影响较小。土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度随氮添加增加，而微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)未表现显著变化。

3.4 土壤微生物群落对氮添加的响应
细菌α多样性(Shannon指数、Chao1)在马尾松林中显著高于栓皮栎林，且高氮处理使其显著降低。NMDS分析显示氮添加显著改变了马尾松林的细菌群落组成，使两林分间群落相似性增加。特别值得注意的是，具有木质素降解潜力的放线菌门(Actinobacteriota)和伯克氏菌目(Burkholderiales)的相对丰度随氮添加下降。

研究结论部分指出，氮添加通过降低土壤pH这一关键途径，改变了细菌群落结构和功能，特别是减少了特化分解菌群的数量，导致不同林分间微生物群落趋同，最终削弱了HFA效应。这一发现具有三方面重要意义：首先，证实了细菌(而不仅是真菌)在HFA中的关键作用；其次，揭示了城市森林生态系统对氮沉降的独特响应模式；最后，meta分析表明这一现象可能具有全球普适性。研究为预测未来氮沉降情景下的森林碳循环提供了新思路，特别强调在高氮输入区域，传统基于HFA效应的碳循环模型可能需要重新校准。