【论文】计算方法影响养分添加对激发效应的影响吗？

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本文字数：1387字

阅读时间：4分钟

研究背景

激发效应(Priming Effect, PE)是指外源有机物的输入能够强烈地改变原有土壤有机质(Soil Organic Matter, SOM)的分解速率，它在调控土壤碳循环中具有重要作用。PE在很大程度上受到养分可利用性的调控，因此，氮磷沉降所导致的生态系统养分可利用性提高会对PE的大小和方向产生影响。目前，很多研究通过养分添加实验探讨了养分可利用性提高对PE的影响，发现养分添加会对PE产生不同的影响。然而，不同研究关于养分添加对PE影响的计算方法并不一致。

PE是一个间接而非直接测量的指标，需要使用两个配对的处理(+C和–C)和同位素标记才能对其进行测定。单独的C添加下的激发效应(PE_control)是将+C与对照(没有C或养分添加)进行比较，这在不同研究中是一致的；而不同研究对C和养分共同添加下的PE的计算是不一致的。这种不一致在于将哪种处理(对照vs.单独养分添加)作为参照来计算养分添加下的激发效应(PE_nutrient，图1)。因此，不一致的算法可能会影响养分添加如何调控PE的结果和相关解释。

图1  PEnutrient的不同算法示意

材料与方法

本研究基于52篇文献，收集了223组数据(N添加148组、P添加44组以及NP添加31组)，按照单独的养分添加对微生物基础呼吸(Microbial Basal Respiration, MBR)影响的方向(促进或抑制)将数据进行了分组，并定量探讨了不同计算方法如何影响养分添加对PE的影响。

结果&讨论

总体而言，不同的计算方法所得到的PE_nutrient1与PE_nutrient2之间以及它们与PE_control之间均存在差异；它们三者之间的相对大小和统计显著性随养分添加对MBR影响的方向而发生变化(图2)。当养分添加对MBR的影响较小时，PE_nutrient1与PE_nutrient2比较接近，计算方法对养分添加如何调控PE的影响较小；当养分添加对MBR的影响较大时，PE_nutrient1与PE_nutrient2相差很大(最高达200%)，计算方法对养分添加如何调控PE的影响比较大(图3)。

计算方法不仅影响PE_control与PE_nutrient1和PE_nutrient2之间相对大小的比较和统计显著性，也会影响我们采用何种微生物机制对结果进行解读。在N添加下，当N添加抑制MBR时，PE_nutrient1小于PE_control，即N添加抑制了PE (图2b)，通常采用微生物养分挖掘假说(nutrient mining hypothesis)来解释N添加对PE的这种抑制作用；而PE_nutrient2大于PE_control，即N添加促进了PE (图2b)，通常采用微生物化学计量分解假说(stoichiometric decomposition hypothesis)来解释N添加对PE的这种促进作用。因此，不同的计算方法会使我们对养分添加如何影响PE产生完全相反的解读。

图2 PE_control与PE_nutrient不同算法的结果比较

图3 PE_nutrient差值与养分添加对MBR影响之间的关系

小结

计算方法会影响我们对养分添加如何调控激发效应的认识与评估，包括大小、方向、统计显著性和机制解读。根据激发效应的定义和计算方法，本研究指出将单独的养分添加处理作为参照来计算PE_nutrient是最合理的(即PE_nutrient2)。未来与碳和养分添加调控SOM分解相关的研究需要根据其研究目标来设计实验和选择计算方法，并使用准确的术语来描述所得到的结果。本研究建议：探讨养分添加对PE影响的研究需要设计全因子实验(full factorial experiments)，并将单独的养分添加处理作为参照来计算PE_nutrient (图4)，然后将该值与PE_control对比来探讨养分添加对PE的影响。

图4 养分添加对激发效应影响的实验设计和计算概念图

该研究于2021年3月11日以“Does calculation method affect the nutrient-addition effect on priming?”为题在线发表于Geoderma期刊上。北京大学地下生态学研究组2017级博士生冯继广为论文第一作者，朱彪研究员为论文通讯作者。本研究受到国家自然科学基金(31971528和31988102)的资助。

作者简介

冯继广，北京大学城市与环境学院生态学专业在读博士生，主要从事养分富集对生态系统碳循环的影响、土壤有机质分解的激发效应和热带森林生产力的养分限制等研究。目前以第一作者在Global Change Biology、Soil Biology and Biochemistry、Geoderma和Biogeosciences等期刊发表论文多篇。

编辑 丨 干大勇

审核 丨 朱彪

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