全球1米深土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量約為1500 Pg，是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，其微小變化會(huì)引起大氣CO2濃度的顯著改變，在陸地碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。因此，闡明土壤有機(jī)碳累積過(guò)程與穩(wěn)定機(jī)制對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)陸地碳循環(huán)與氣候變化之間的反饋關(guān)系至關(guān)重要。磷是限制植物生長(zhǎng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的主要元素之一，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能起到至關(guān)重要的作用。自工業(yè)革命以來(lái)，人為活動(dòng)導(dǎo)致的磷輸入和大氣磷沉降增加了生態(tài)系統(tǒng)的磷可利用性，這會(huì)改變陸地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力、土壤微生物群落組成和活性以及有機(jī)質(zhì)分解和固存等諸多方面，進(jìn)而會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一的土壤碳循環(huán)和儲(chǔ)存產(chǎn)生較大影響。因此，在磷增加的背景下，土壤有機(jī)碳含量、組成和穩(wěn)定性的改變可能會(huì)影響全球生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡。然而，至今關(guān)于長(zhǎng)期磷添加對(duì)土壤有機(jī)碳不同組分的影響和潛在的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所地表過(guò)程與生態(tài)系統(tǒng)管理項(xiàng)目組特別研究助理羅如熠在龐學(xué)勇研究員的指導(dǎo)下，基于青藏高原東緣亞高山森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分添加長(zhǎng)期定位試驗(yàn)平臺(tái)（8年），以木質(zhì)素酚和氨基糖作為植物和微生物殘?bào)w標(biāo)志物，結(jié)合固體13C交叉極化魔角自旋核磁共振和土壤有機(jī)碳物理分組等技術(shù)手段，系統(tǒng)探討長(zhǎng)期不同磷添加量對(duì)亞高山森林土壤有機(jī)碳形成和穩(wěn)定的影響機(jī)制。結(jié)果表明：（1）持續(xù)磷添加顯著減少了細(xì)根生物量，但不影響土壤有機(jī)碳含量；（2）磷添加降低了植物木質(zhì)素對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)，主要來(lái)自于香草基類酚的減少，同時(shí)含甲氧基/氮烷基碳減少2.1–5.5%。這是由于降低的氧化酶活性雖然抑制了木質(zhì)素分解，但磷添加減少了細(xì)根碳輸入，導(dǎo)致木質(zhì)素來(lái)源化合物含量降低；（3）與此相反，磷添加主要通過(guò)增加真菌殘?bào)w促進(jìn)微生物殘?bào)w的累積及其對(duì)土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)，相應(yīng)地羰基碳含量增加9.1–12.4%。其原因在于磷添加通過(guò)降低微生物殘?bào)w分解相關(guān)的氮獲取酶活性，減緩了微生物殘?bào)w的分解，進(jìn)而提高微生物殘?bào)w在土壤有機(jī)碳中的累積；（4）磷添加未顯著影響緩慢循環(huán)的礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳庫(kù)，同時(shí)表征土壤有機(jī)碳化學(xué)穩(wěn)定性的脂化度和頑固度指數(shù)也保持不變。綜上所述，磷添加可通過(guò)改變植物和微生物來(lái)源碳的不同積累過(guò)程來(lái)影響亞高山森林土壤有機(jī)碳的組成，但不影響土壤有機(jī)碳的物理和化學(xué)穩(wěn)定性。上述發(fā)現(xiàn)有助于準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)日益增加磷有效性背景下土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及其對(duì)氣候變化的潛在反饋，為提高地球系統(tǒng)模型對(duì)土壤固碳功能的預(yù)測(cè)能力提供了科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)研究結(jié)果于2022年4月20日以“Phosphorus addition decreases plant lignin but increases microbial necromass contribution to soil organic carbon in a subalpine forest”為題，在線發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊Global Change Biology上。成都生物研究所特別研究助理羅如熠為論文第一作者，龐學(xué)勇研究員為論文通訊作者，德國(guó)哥廷根大學(xué)Kuzyakov Yakov教授和北京大學(xué)朱彪研究員參與了部分工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
磷添加影響亞高山森林土壤有機(jī)碳累積和穩(wěn)定性的概念圖