标题:Long-term nitrogen deposition inhibits soil priming effects by enhancing phosphorus limitation in a subtropical forest期刊：Global Change Biology 2023.4.25作者：Xiaohong Wang, Shiyining Li et al.DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.16718总结：以三明站亚热带常绿阔叶林长期模拟氮沉降试验样地为研究对象，采集样地内0-10 cm表层土壤，通过添加13C标记的葡萄糖和纤维素以分别模拟根系分泌物和凋落物输入，为验证长期氮沉降是否通过加剧磷限制调控土壤激发效应。摘要：人们普遍认为磷（P）限制了热带森林中的微生物代谢过程，从而限制了土壤有机碳（SOC）的分解。大气氮（N）沉降升高会增强磷限制，引起人们对SOC分解的忧虑。然而，氮沉降升高如何影响热带森林土壤激发效应（PE）（即新鲜碳输入诱导SOC分解的变化）仍不清楚。
以亚热带常绿阔叶林野外9年氮沉降实验样地的土壤为研究对象，设置两种类型（葡萄糖和纤维素）的13C标记底物，设置有P和没有P的改良添加剂。研究结果表明：
氮沉降降低了土壤全磷和微生物P，表明磷限制增强。在P未改良土壤中，氮沉降显著抑制了PE。相比之下，添加P改良剂显著提高了N沉积下的PE。添加P和葡萄糖减轻了N沉降诱导的土壤微生物生物量和C获取酶的抑制，而添加纤维素P减弱了N沉降诱导的酸性磷酸酶（AP）的刺激。
在培养过程中，葡萄糖的PE(PEglu)随着C-获取酶活性的增加而增加，而纤维素的 PE(PEcellu)随着 AP 活动的减少而增加。这表明氮沉积增强磷限制取决于底物生物利用度的不同机制抑制土壤PE，也就是说，P限制调节葡萄糖的PE(PEglu)影响土壤微生物生长和碳获取，而PEcellu影响微生物对P获取的途径。这些发现为受氮负荷影响的热带森林提供了新的解释，表明碳储量和磷限制的变化长期调控影响土壤激发效应。Keyword：Enzyme activity, Nutrient availability, Plant C input, Soil C balance, SOM decomposition,
Tropical forest土壤激发效应（PE）指的是植物碳输入引起的土壤有机质分解速率加快或减慢的现象，是调控土壤有机质分解的关键机制。热带亚热带森林在全球碳循环和调节全球气候变化上具有重要作用。热带亚热带森林是典型的富氮贫磷的生态系统，磷是限制该生态系统微生物代谢和土壤有机质分解最主要的养分元素；而目前正在不断增加的氮沉降则进一步加剧了该生态系统的磷限制。然而，目前尚不清楚长期氮沉降如何影响热带亚热带森林土壤激发效应；有限的关于野外原位氮沉降对土壤激发效应影响的研究主要以氮限制的生态系统为主。在本研究中，以三明站亚热带常绿阔叶林长期模拟氮沉降试验样地（建于2012年，设置对照（0 kg N ha-1）、低氮（40 kg N ha-1）、高氮（80 kg N ha-1）3个处理）为研究对象，采集样地内0-10 cm表层土壤；通过添加13C标记的葡萄糖和纤维素以分别模拟根系分泌物和凋落物输入，开展为期30天的室内短期培养试验；为验证长期氮沉降是否通过加剧磷限制调控土壤激发效应，实验还设置了磷添加处理。因此，本文假设：（1）与对照相比，在氮沉积下，PE的强度将显著降低；因为磷限制增强，限制了SOM的微生物分解；（2） 纤维素（PEcellu）诱导的PE比葡萄糖（PEglu）诱导的PE更受P限制；因为分解更复杂纤维素比分解葡萄糖要更多的酶和更高的磷需求。（3）磷限制将通过微生物化学计量调节PEglu，并通过微生物磷限制调节PEcellu。3.1 室内培养实验
将100g自然干燥的土壤转移到12个500ml的塑料罐中（每个N沉降处理区一个罐），并在20°C下预培养一周，保持土壤水分恒定（40%持水能力，WHC），并使微生物适应培养微环境。
预处理，做一下实验组：不添加C和P的对照（NA）、添加P（+P）、添加葡萄糖（Glu）、添加糖和添加P（Glu + P）、添加纤维素（Cellu）、添加纤维素和添加加磷（Cellu + P） 。
通过将13C-标记的葡萄糖或纤维素（Sigma-Aldrich，99原子%）与未标记的对应化合物均匀混合，这与之前研究中的碳添加率类似（0.5%–3.5%；Feng等人，2021；Hicks等人，2019）。
测量初始土壤性质，包括土壤pH、SOC、总氮（TN）和P（TP）、溶解有机碳（DOC）、有效氮和磷以及微生物生物量C/N/P（MBC/MBN/MBP）。测定土壤MBC和MBN，测量土壤MBC、胞外酶活性，通过磷脂脂肪酸（PLFA）分析评估土壤微生物群落结构（更加具体的详见文末原文）。4.1 Soil properties（土壤性质）
4.2 Priming effects（激发效应）
与不添加C相比，添加葡萄糖后土壤CO2总排放量增加了191%，添加纤维素后土壤CO2排放量增加了87%。在C改良处理中，添加P增加了总土壤和基质中的CO2，特别是在纤维素条件处理中。在不添加P、N的情况下，氮沉降显著增加了纤维素释放的CO2。一般情况下，PEglu比PEcellu高168%；无论基质如何（纤维素与葡萄糖），氮沉积和磷添加对PE（NL）有显著的相互作用 ，表明当不添加P时，N沉积显著降低了PE。此外，N沉积和P添加对PE的显著相互作用效应在葡萄糖和纤维素之间具有差异（图1a）；当不添加P时，在N沉积下PEglu相对于对照显著降低，而如果添加P，则在N沉积时PEcellu相对于对照显著增加（P< .05，图1a）。总的来说，与对照相比，在氮沉积下添加P使PEglu和PEcellu增加更多，并且PEcellu增加显著高于PEglu。
图1 实验处理间效应激发效应强度（PE，a）和P添加的激发效应强度（b）。不同的字母表示对照（CT）、低氮（LN）和高氮（HN）处理之间的显著差异，而星号表示添加P和不添加P处理之间的显着差异（LSD检验，P< .05). 绿色虚线（PE = 1） 表明添加C对SOM分解没有引发作用。Glu，仅添加葡萄糖；谷氨酸 + P、 葡萄糖加磷；纤维素酶，仅添加纤维素；和葡萄糖 + P、 纤维素加磷。NL、N沉积水平；以及PL、P添加水平。数值代表平均值 ± 标准误差（n= 4)。
4.3 微生物驱动PEglu和PEcellu的机制
在葡萄糖添加处理中，当不添加P时，高氮沉积显著降低了MBC的RR和C获取(图2)。相反，在高氮沉积条件下，添加P显著增加了MBC、真菌与细菌比率和Cacq的RR。氮沉降、磷添加或它们的相互作用对AP的RR没有显著影响（图3）。PE与底物释放的CO2呈正相关，葡萄糖的斜率高于纤维素。当不添加磷时，PEglu（而不是PEcellu）与土壤TP、有效磷和MBP呈正相关。磷对PEglu和PEcellu的添加效应强度与土壤TP呈负相关（图4）。在添加和不添加P的处理中，PEglu与Cacq的RR呈正相关，而PEcellu随着AP的RR的增加而降低（图5）。图2 微生物生物量碳（MBC，a），真菌与细菌比率（F:B，B）的响应比（RR）
图3 C获取酶（Cacq，a）、N获取酶（Nacq，b）、AP酶（C）、酶C:N（d）、酶C:P（e）和酶N:P（f）的响应速率（RR）。
图4 无磷添加条件下葡萄糖（PEglu）和纤维素（PEcellu）诱导的激发效应（即单独添加葡萄糖或纤维素实验中的PE），以及有磷添加对葡萄糖和纤维素的PE影响强度与土壤初始总磷（TP）、有效磷和微生物生物量P（MBP）的线性回归（n= 12)。绿色虚线（激发效应= 1）， 表明P添加对PE没有影响。
本研究研究主要目的是确定氮沉降如何增强热带森林中磷限制，改变对不同质量（葡萄糖与纤维素）碳输入产生的激发效应（PE）。
在本文中，多年模拟氮沉降增加了土壤磷的限制，可能是因为氮富集刺激了植物对磷的吸收。同时，本文发现长期氮沉积抑制了土壤激发效应（PE），可能由于氮沉积的增强，磷限制降低了PE的幅度。
从土壤碳平衡的角度来看，N沉积下PE受到抑制，土壤流失的C较少，可能会增加各种陆地生态系统中的C储量。然而，高氮沉积下的SOC存储与对照组没有显著差异，可能是土壤碳储量的净变化由碳输入和输出之间的差异决定，表明其他生物或非生物机制抵消了因PE减少相关的碳潜在收益。
底物激发效应受到生物利用度的影响，即简单底物（葡萄糖）在产生PE方面比化学复杂底物（纤维素）具有更高的效率。基质中的微生物对磷代谢需求产生了不同的影响，这有助于解释PE对磷输入的不同反应。
在氮沉降下，激发效应（PE）较低，因为磷限制的增强降低了微生物SOM分解作用，但纤维素诱导的PE比葡萄糖诱导的PE更受磷有效性的限制。不同质量底物诱导PE的差异是由于分解纤维素的酶和P相对于分解葡萄糖的需求较高。研究结果表明，全球变化（如大气磷沉积）可能会增加针叶林中磷的有效性，这将加速土壤激发效应。单击“阅读原文”查看文章或输入以下链接下载原文：
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