氮诱导土壤酸化缓解氮添加对土壤有机碳稳定性的负面影响

本研究通过整合全球131项研究的4418组观测数据，揭示了氮(N)添加通过增加颗粒有机碳(POC)比例(12.59%)而降低矿物结合有机碳(MAOC)比例(3.45%)，从而削弱土壤有机碳(SOC)稳定性；但发现N诱导的土壤酸化通过调节POC和MAOC响应，可缓解这种负面效应，为全球氮沉降背景下土壤碳库预测提供了新见解。

　　

随着全球氮(N)沉降量持续增加，其对陆地生态系统碳(C)循环的影响已成为全球变化研究的核心议题。氮素作为"生命元素"，在促进植物生长的同时，也像一把双刃剑——过量氮输入会打破土壤微妙的化学平衡，引发连锁生态反应。其中最引人关注的是，氮添加如何影响土壤有机碳(SOC)这一全球最大的陆地碳库？现有研究给出了矛盾答案：有的显示氮添加促进碳固定，有的则表明加速碳流失。这种分歧背后，隐藏着一个关键科学谜题：氮素究竟通过哪些途径调控SOC各组分的动态平衡？

中国的研究团队通过整合全球131项研究的4418组观测数据，在《Solid Earth Sciences》发表的研究给出了创新性解答。他们发现氮添加虽能提升SOC总量(6.53%)，但会改变其组分构成——不稳定组分颗粒有机碳(POC)增幅(12.59%)显著高于稳定组分矿物结合有机碳(MAOC)(3.45%)，导致POC:SOC比值上升5.46%，MAOC:SOC比值下降2.2%，整体削弱了SOC稳定性。但令人意外的是，伴随氮添加发生的土壤酸化现象，竟能扭转这一趋势。当土壤pH值下降0.5单位时，酸化效应使MAOC增幅达4.21%，超过严重酸化时的损失量(0.25%)，MAOC:SOC比值持续上升，表明酸化过程通过"矿物保护机制"增强了SOC稳定性。

研究采用meta分析方法，系统收集了全球范围内氮添加实验的SOC组分数据，按酸化程度分为未酸化(ΔpH≥0)、轻度酸化(-0.5<ΔpH<0)和重度酸化(ΔpH≤-0.5)三组，通过响应比(RR)量化效应值，并采用随机效应模型进行整合分析。

【响应SOC组分】部分揭示，氮添加通过双重途径影响POC：一方面促进植物地上生物量(AGB)增加23.14%和总生物量(TB)增长15.45%，提供更多植物残体来源；另一方面缓解微生物氮限制，加速分解。而MAOC变化受微生物 necromass(死亡残体)输入与阳离子流失的平衡调控。

【酸化调节机制】部分显示，轻度酸化(-0.5<ΔpH<0)时，pH下降抑制了微生物活性，减少POC分解，同时促进铁铝氧化物对有机质的吸附；而重度酸化(ΔpH≤-0.5)会导致钙镁等桥接阳离子严重流失，削弱矿物保护作用。

【结论】强调，氮诱导的土壤酸化通过"双组分调节机制"：抑制POC积累速率，促进MAOC形成，最终使MAOC:SOC比值随酸化加剧而上升。这一发现革新了传统认知——过去认为酸化必然损害碳储存，本研究则揭示其在一定阈值内具有稳定碳库的积极作用。研究为预测全球氮沉降背景下土壤碳库演变提供了新框架，对完善地球系统模型中的碳氮耦合模块具有重要理论价值，也为制定差异化的氮素管理策略提供了科学依据。