[科研前线丨EGM]氮缺乏加速了温带退化草地土壤有机碳的分解

氮(N)可利用性在土壤有机碳(SOC)的固持和生物地球化学循环中发挥着至关重要的作用。通常，氮可利用性对土壤有机碳分解的影响是在氮富集（N+）实验的基础上探讨的。然而，许多自然和人为过程往往会降低土壤氮可利用性。氮可利用性的降低将导致土壤中的氮缺乏或营养失衡，土壤有机质消耗，土壤多功能性受限，并向大气中释放更多的碳从而加剧气候变暖。因此，探索土壤氮可利用性降低的影响对于全面了解SOC过程以应对未来气候变化中复杂的资源供应是必要的。目前还没有直接证据表明氮可利用性（N−）的降低如何影响SOC分解，微生物驱动的SOC分解对氮可利用性的反应机制尚不清楚。

近期，中国科学院地理科学与资源研究所助理研究员曾文静使用离子交换膜设置减氮(N−)处理降低土壤氮可利用性，并同时设置加氮(N+)处理，对来自不同退化程度的温带草地土壤样本进行了培养实验。研究内容“Nitrogen deficiency accelerates soil organic carbon decomposition in temperate degraded grasslands”发表在SCI一区Top期刊Science of the Total Environment期刊上(IF=10.75)。

作者选择从未退化到极度退化4个不同退化程度的温带草地土壤样品，在N+和N-处理下进行培养。作者使用美国PP Systems公司的便携式土壤碳通量测定系统EGM测定土壤CO2排放速率发现，无论退化状态如何，N−处理(8.60至87.30 mg C/g Cinital)都能促进总累积碳(C)的释放，而N+处理(−129.81至−16.49 mg C/g Cinital)则能抑制总累积碳的释放(图1)。

图1 减氮(N-)和加氮(N+)处理对未退化(ND)、中度退化(MD)、重度退化(SD)和极度退化(ED)草地土壤CO2-C累积释放(a)以及活性碳库(b)和难降解碳库(c)排放的影响。

有趣的是，N−和N+对SOC分解的影响是不对称的；随着草地退化程度的增加，土壤有机碳分解对氮的敏感性高于对氮的敏感度(图2)。

图2 累积碳释放(a，b)、易分解有机碳释放(c，d)和难分解有机碳释放(e，f)对氮可用性的增加和减少的敏感性。在每个草地上有15个重复(3个重复样方×5次测量)。灰色区域表示回归的95%置信区间。本研究结果为氮对SOC分解的不同影响和机制提供了直接证据，应在土壤过程模型中加以考虑，以更好地预测营养循环对全球变化的响应。