【论文】森林生态系统土壤微生物碳和养分限制：气候和土壤属性的影响大于养分添加

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土壤酶主要来源于微生物，在土壤碳和养分循环中扮演重要的角色 – 将大分子的有机质转化为小分子的可供微生物利用的底物。微生物的生物合成过程常受到碳和其他养分的限制，因此，我们预期土壤酶的活性能够表征微生物的碳、氮和磷限制。基于这样的研究背景，我们利用中国森林养分添加实验平台(Nutrient Enrichment Experiments in China’s Forest, NEECF)并结合基于土壤酶活性的向量分析(Vector analysis)方法研究了中国东部8个典型森林土壤微生物碳和养分限制的地理分布格局及其驱动因子，并探讨了4—5年的氮磷养分添加能否缓解土壤微生物的碳和养分限制。我们发现土壤微生物碳和养分限制的纬度分布格局与我们的预期(图1)一致，碳限制(Relative C vs. nutrient limitation, vector length)在温带森林显著高于热带森林，而养分限制(Relative P vs. N limitation, vector angle)在热带森林显著高于温带森林(图2)。然而，土壤微生物碳和养分限制的土壤剖面分布格局和我们的预期(图1) 不一致，碳限制并不随土壤深度(0-60 cm)的变化而变化，而养分限制随深度的增加而增强。这样的地理分布格局导致了土壤微生物碳限制和养分限制呈负相关，且这种负相关关系随深度的增加而减弱(图3)。

图1. 土壤微生物碳和养分限制的随纬度和土壤深度的变化格局的假设示意图

图2. 土壤微生物碳限制和养分限制与纬度的关系

图3. 不同深度土壤微生物碳限制和养分限制的关系

此外，我们发现气候和土壤理化属性分别解释了23%的微生物碳限制和87%的微生物养分限制的空间变异，而养分添加只能贡献～1%的解释率(图4)。

图4. 气候、土壤和氮添加对微生物碳限制(a)和养分限制(b)贡献

我们将土壤酶活性向量分析(soil enzyme vector analysis)应用到区域尺度上土壤微生物碳和养分限制(Microbial C and nutrient limitation)的地理分布格局研究，结果表明气候和土壤是决定大尺度上微生物碳和养分限制的主要驱动因子，而4—5年的养分添加并没有显著缓解土壤微生物碳和养分限制。

本研究于2019年11月以“Soil microbial carbon and nutrient constraints are driven more by climate and soil physicochemical properties than by nutrient addition in forest ecosystems”为题在线发表在Soil Biology and Biochemistry期刊上。北京大学博士后井新（现在比利时鲁汶大学工作）为论文第一作者，北京大学朱彪研究员为论文通讯作者，其他合作者还有北京大学的陈笑博士生，方精云教授，吉成均副教授和郑成洋副教授，中科院植物所的沈海花副研究员。本研究受到国家自然科学基金(31600428, 31622013 and 31621091)的资助。

论文链接：

Xin Jing, Xiao Chen, Jingyun Fang, Chengjun Ji, Haihua Shen, Chengyang Zheng, and Biao Zhu*. Soil microbial carbon and nutrient constraints are driven more by climate and soil physicochemical properties than by nutrient addition in forest ecosystems. Soil Biology and Biochemistry 141 (2020): 107657.

编辑 丨 陈迎 干大勇

审核 丨 朱彪

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