长期氮肥与降水减少对温带森林土壤一氧化二氮通量的联合调控机制

《Plants》：Long-Term Nitrogen Addition and Reduced Precipitation Alter Seasonal Soil N2O Fluxes and N-Transformation Processes in a Temperate Forest

　　

摘要

一氧化二氮（N₂O）是一种强效的温室气体，森林土壤中的一氧化二氮排放量对长期氮沉降和降水模式的变化非常敏感。然而，在温带森林中，长期施用氮肥与降水减少如何共同调节土壤中的一氧化二氮通量及其相关的环境和过程因素仍知之甚少。我们在一个温带阔叶林-韩国松树林中进行了为期14年的田间试验，设置了四种处理方式：对照组（CK）、施用氮肥（NA；50公斤氮/公顷/年）、减少降水（PR；减少30%的降雨量）以及这两种处理的组合（NAPR）。2023年5月、7月和9月期间持续监测土壤中的一氧化二氮通量；通过连续测量数据计算每日平均通量，并进一步求取月平均值。每月监测一次土壤性质、无机氮含量、溶解有机碳（DOC）的化学计量比以及与氮转化相关的酶指标。降水减少显著降低了每月平均的一氧化二氮通量，其中7月的差异最为明显。在所有三个监测期间，一氧化二氮通量的变化顺序始终为NA > CK > PR > NAPR。在正常降水条件下，施用氮肥会增加一氧化二氮通量；而在降水减少的情况下，其通量相对于PR处理进一步降低。无论在何种降水条件下，施用氮肥都显著增加了NH₄⁺–N、NO₃^?–N和总无机氮的含量，但NAPR处理下的一氧化二氮通量仍然处于较低水平。冗余分析和相关性分析表明，土壤环境和资源条件与氮转化相关指标之间存在协同变化；随机森林分析将脲酶（UE）和氨单加氧酶（AMO）列为最高预测因子，并在分组交叉验证中显示出良好的预测性能。总体而言，降水减少逆转了长期施用氮肥对一氧化二氮通量的促进作用，这种处理效应与土壤湿度、底物可用性和氮转化相关指标密切相关，而非由单一机制单独导致。