氮添加梯度下凋落物氮效应反转及其微生物驱动机制

针对氮(N)添加如何通过改变凋落物N含量和土壤无机N有效性影响分解过程的科学问题，研究人员通过多梯度N添加实验(0-100 kg N ha?1 yr?1)揭示了N添加对分解的非线性影响。意外发现高N添加会逆转凋落物N效应，这与纤维素酶活性提升及纤维素降解菌群富集相关，为全球变化下碳氮循环模型提供了新机制认知。

　　

氮素(N)在凋落物和土壤无机态中的存在对分解过程产生截然不同的影响。传统理论认为凋落物N促进分解的效应会随土壤无机N增加而减弱，这可能是由于木质素氧化酶(lignin oxidase)受到抑制。为验证该假说，研究者设计了一项创新性的交叉移植实验：将不同N处理梯度(0、20、50和100 kg N ha^?1 yr^?1)产生的凋落物在所有处理地块中进行交互埋藏。

随着N添加量增加，凋落物N浓度和土壤无机N有效性呈线性上升。令人意外的是，凋落物N对分解的影响与N添加量呈现非线性关系——初期效应减弱，但在最高N处理(100 kg)时出现反转。这种"峰回路转"的现象主要源于N添加引发的土壤微生物群落重构。

通过检测土壤胞外酶活性发现：酚氧化酶(phenol oxidase)活性不受N添加影响，而纤维素酶(cellulase)活性随N添加梯度线性增强。宏基因组分析进一步揭示，参与纤维素降解的细菌功能基因和能够分解纤维素的软腐真菌(soft-rot fungi)相对丰度均随N添加而增加。

这项研究颠覆了"土壤无机N抑制木质素氧化"的传统认知，首次阐明纤维素分解微生物类群及其酶活性的增强才是驱动凋落物N效应反转的关键。这一发现暗示在持续氮沉降背景下，难分解的有机质组分可能比预期更具稳定性，为全球变化情景下的土壤碳库动态预测提供了新视角。