【论文】土壤N2O的排放对植物和磷添加更敏感（相比丛枝菌根真菌和氮添加）

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本文字数：1404字

阅读时间：5分钟

研究背景

氧化亚氮（N₂O）作为一种重要的温室气体，对全球气候变化有不可忽视的影响。外源氮（N）的添加为土壤氮循环，尤其是N₂O的产生提供了充足的底物，是土壤N₂O排放的一个重要来源。有研究表明，磷（P）添加可能具有降低N₂O排放的潜力，然而目前仍存在一些不确定性。丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）广泛分布在陆地生态系统中，其对氮循环作用逐渐为人们所关注。然而，关于AMF是否减少N₂O的排放及其机制尚缺乏足够的认识。且AMF与氮、磷添加的交互作用对土壤N2O的排放尚需进一步的明确。

材料与方法

本研究采用三因素完全随机设计，选取黑麦草（Lolium perenne L.）作为研究材料，设置如下室内盆栽实验：三个水平的Presence（None，无植物；Plant，只种植物；Plant+AMF，有植物并接种AMF）×两个水平的氮添加（N0，0 mg N kg^-1；N1，50 mg N kg^-1）×两个水平的磷添加（P0，0 mg P kg^-1；P1，20 mg P kg^-1）。实验测定了菌根侵染率，土壤N₂O排放，以及相关的土壤、微生物和植物指标：土壤铵态氮含量（NH₄⁺-N），土壤硝态氮含量（NO₃^--N），土壤有效磷含量（AP），土壤pH，土壤水分含量（SWC），土壤可溶性有机碳（EOC），土壤微生物量氮（MBN），土壤微生物量碳（MBC），植物生物量磷（PBP），植物生物量氮（PBN）。采用了三因素方差分析，独立样本T检验，LSD多重比较分析，随机森林模型等统计分析方法。

结果&讨论

实验结果表明，Presence×P存在显著的交互作用（P<0.001），具体来说，在无P添加的情况下，None，Plant及Plant+AMF三个处理的N₂O排放没有显著差异（P>0.05），然而，在有P添加的情况下，None处理的N₂O排放显著高于Plant和Plant+AMF两个处理（P<0.05，图1a）。P添加在不种植物的处理下（None）显著提高了N₂O排放（+134%），而在有植物的处理下降低N₂O排放（Plant降低98%，Plant+AMF降低74%，图1b）。

图1 不同处理下土壤N₂O排放

此外，我们通过随机森林模型（random forest）筛选出了影响N₂O排放的关键指标，包括土壤NO₃^--N、AP、PBP和PBN（图 2），同时我们还发现，P添加和Presence是影响N₂O排放的两个关键因素。

图2  影响土壤N₂O排放因子的重要性

进一步研究发现，在无植物时（None），土壤N₂O排放与AP呈显著的正相关（P<0.001，R=0.81），此时P的添加缓解了微生物的P限制，从而促进N₂O的排放。而在有植物的情况下（Plant和Plant+AMF），土壤N₂O排放与土壤NO₃^--N显著正相关（P<0.001，R=0.64）而与土壤AP显著负相关（P<0.001，R=-0.61）。此时，P的添加促进了植物对土壤中有效氮的吸收，从而降低了土壤中NO₃^--N含量，因此降低了N₂O的排放（图3，图4）。

图 3 影响土壤N₂O排放的指标与土壤N₂O排放速率的相关关系

图4 磷添加和植物影响土壤N₂O排放的概念框架图

小结

本研究揭示了氮、磷添加及AMF和植物多种因素作用下土壤N₂O的排放规律及潜在机制。认为P添加和种植物对土壤N₂O排放的影响大于N添加和AMF接种。在P限制的土壤中，添加磷和种植物是减少土壤N₂O排放的有效途径。

本研究于2021年7月17日以“Soil N₂O emissions are more sensitive to phosphorus addition and root presence than to nitrogen addition and arbuscular mycorrhizal fungal inoculation”为题在线发表于Rhizosphere期刊上。北京大学地下生态学研究组博士后沈亚文和徐天乐（已出站）为论文共同第一作者，朱彪研究员为论文通讯作者，其他合作者还包括中国科学院生态环境研究中心陈保冬研究员。本研究受到国家自然科学基金(31901191，31800416和31988102)及中国博士后科学基金（2018M641073）的资助。

作者简介

沈亚文，北京大学城市与环境学院生态学博士后，博士毕业于中国农业大学。主要从事农田生态系统碳氮循环以及丛枝菌根真菌和气候变化对土壤温室气体排放的影响研究。目前以第一作者在Nutrient Cycling in Agroecosystems，Field Crops Research，Geoderma，Rhizosphere等期刊发表了一系列成果。

编辑 丨 王旭东

审核 丨 朱彪

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