特定器官中的臭氧和氮残留物增强了基质对落叶分解过程的调控作用

《Functional Ecology》：Organ-specific ozone and nitrogen legacies strengthen substrate control over litter decomposition

　　

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1. 对流层臭氧（O₃）浓度升高和氮（N）沉降是同时发生的大气变化，它们对陆地碳循环有显著影响，但它们共同对地下分解过程的影响仍不明确。我们利用自由空气臭氧浓度增强系统（O₃-FACE）研究了 O₃ 与氮之间的相互作用如何影响杨树叶片和细根凋落物的分解，通过区分凋落物化学成分在生长阶段的变化和分解阶段的环境因素来探讨这一机制。
2. 分解反应具有明显的器官特异性：O₃ 和氮的增加对叶片凋落物的分解影响较小，而细根分解受到明显抑制，表明这两种因素共同抑制了地下碳的转化。低质量底物的分解速度更慢，释放的营养物质较少（磷的释放量减少了多达 52.9%），同时保留了更多的质量（增加了 10.6%），这表明在复合大气变化条件下养分循环受到阻碍。
3. 随机森林建模和路径分析表明，淀粉浓度（叶片）和木质素/N 比（细根）是分解过程的主要控制因素。微生物群落的变化会影响细根的分解，但其作用小于底物化学性质。植物生长过程中形成的底物特性对分解动态的控制作用比分解环境更为显著。
4. 总体而言，我们的研究结果表明，大气中的 O₃ 和氮输入主要通过改变底物化学性质来重新编程分解过程，导致底物化学性质与微生物调控之间的脱钩，从而限制了养分循环和土壤碳的稳定。这些发现为理解多重全球大气因素如何调控地下过程及在全球变化背景下塑造土壤碳反馈提供了机制性见解。

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1. 近地面臭氧（O₃）浓度升高和氮（N）沉降是当前陆地生态系统面临的重要大气环境变化，它们可能共同影响土壤碳循环。本研究利用自由空气臭氧浓度增强系统（O₃-FACE），以杨树叶片和细根凋落物为研究对象，分析了 O₃ 与氮的相互作用对凋落物分解及养分释放的影响机制，特别关注了它们如何通过改变植物凋落物质量及其分解环境来调控这一过程。
2. 研究发现，O₃ 和氮的增加对叶片凋落物的分解影响较小，而对细根分解有显著抑制作用，表明这两种因素可能共同减缓了地下碳的转化。低质量底物的分解速度较慢，释放的营养物质较少（磷的释放量减少了 52.9%），同时保留了更多的质量（增加了 10.6%），这表明复合大气变化可能削弱了凋落物分解过程中的养分循环。
3. 随机森林模型和路径分析表明，叶片凋落物的分解主要受淀粉浓度控制，而细根分解主要受木质素/N 比的影响。微生物群落的变化虽然对细根分解有一定影响，但其作用小于底物化学性质。植物生长过程中形成的底物特性对分解动态的控制作用更强。
4. 综上所述，本研究揭示了 O₃ 升高和氮输入主要通过改变凋落物底物化学性质来影响分解过程，可能导致底物化学性质与微生物调控之间的脱钩，从而影响养分循环和土壤碳的稳定。这些发现为理解多重全球变化因素如何调控地下分解过程及其对土壤碳反馈的影响提供了机制性证据。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究生成的原始测序数据已存入 NCBI BioProject 数据库，访问号为 PRJNA1348162，网址为 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/1348162（Hou 等人，2025a）。相关样本元数据已存入 Zenodo 数据库，网址为 https://doi.org/10.5281/zenodo.17417144（Hou 等人，2025b）。