【论文】氮磷富集及其交互作用对全球自然生态系统土壤N2O排放的影响
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本文字数：1420字
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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。外源养分的富集（如氮，磷）会打破原有生态系统养分循环的平衡。普遍认为外源氮（N）的添加会增加N2O的排放，而有研究表明，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，并且氮磷富集的交互作用对N2O排放的影响及其机制尚缺乏足够的认识。
材料与方法
本研究基于获取的113篇文献，搜集了自然生态系统P，N，NP添加的野外控制实验，在统计分析前，我们将数据拆分为两个子集，P effect数据集和N effect数据集。其中P effect数据集包括ambient N和elevated N 两个亚组：CK vs. P（没有任何养分添加和只有磷添加的处理, 即ambient N），N vs. NP（只有N添加和NP共添加处理，这两个处理有着完全相同的N添加, 即elevated N）。同样，N effect数据集包括ambient P和elevated P 两个亚组：CK vs. N以及P vs. NP。
采用贝叶斯整合分析方法（Bayesian meta-analysis）构建混合效应模型，分析了氮富集在ambient P和elevated P情况下土壤N2O排放，以及磷富集在ambient N和elevated N下土壤N2O排放。同时研究了调控N2O排放的相关气候、土壤、微生物及植物指标。
结果&讨论
实验结果表明，磷富集在ambient N情况下显著降低N2O的排放(-13.9%)，然而在elevated N亚组中这种减排效应并不显著（-5.8%），且这两个亚组之间没有差异（图1A）。氮富集无论是在ambient P （+97.4%）还是elevated P（+103.4%）亚组中均显著增加了N2O的排放，且两亚组间没有显著的差别（图1B），说明氮富集对N2O的影响不受磷的影响。
图1 磷、氮富集对土壤N2O排放的影响
图2 磷富集下土壤N2O与NO3--N的相关关系（A）及磷富集对NO3--N的影响（B）
在磷富集下，N2O的效应值（effect size）与土壤NO3--N的效应值呈显著的正相关（R2=0.31），亚组分析表明磷富集在ambient N的情况下显著降低了土壤NO3--N的含量（17.6%），而在elevated N情况下NO3--N的降低幅度并没有达到显著水平（图2）。
图3 氮富集下影响N2O排放的土壤、植物及微生物等因子
氮富集下，N2O的效应值与氮添加量（R2=0.63，图3A), 土壤粘粒含量（R2=0.64，图3C），以及土壤铵态氮含量（R2=0.46，图3D），土壤硝态氮含量 （R2=0.58，图3E），可溶性有机氮含量（R2=0.59，图3F），总氮含量（R2=0.61，图3G），土壤有机碳含量（R2=0.54，图3H），土壤含水量（R2=0.54，图3I），AOA拷贝数（R2=0.84，图3L），AOB拷贝数（R2=0.82，图3M），植物地上部生物量（R2=0.60，图3N)，地下部生物量（R2=0.63，图 3O）和植物生物量氮（R2=0.41，图3P）的效应值呈显著正相关。然而，与土壤砂粒含量（R2=0.64，图3B），以及土壤温度（R2=0.53，图3J）和土壤pH（R2=0.70，图3K）的效应值呈显著负相关。氮富集对N2O的促进作用主要是通过增加土壤有效氮（NH4+-N和 NO3--N）含量来实现的。且这两个指标在ambient P和elevated P两个亚组间均没有显著的差异（图5B）。
图4 影响N2O排放的主要因子对氮富集的响应
图5 磷、氮富集影响土壤N2O排放的概念框架图
小结
本研究揭示了氮、磷添加及交互作用下土壤N2O的排放规律及潜在机制。认为P富集在无外源氮添加（ambient N）的情况下能减少土壤N2O的排放，主要是P的加入缓解了植物的P限制，从而增加了植物对土壤N的获取，因此降低了土壤NO3--N含量，但是这种效应在有外源氮添加（elevated N）情况下并没有观察到；同时N富集显著增加N2O排放，且在有无P添加（ambient P和elevated P）的情况下均无显著差异。表明P富集引起的N2O减排效应可能被N富集所掩盖。
该研究于2022年2月17日以“Effects of nitrogen and phosphorus enrichment on soil N2O emission from natural ecosystems: a global meta-analysis”为题在线发表于Environmental Pollution期刊上。北京大学地下生态学研究组博士后沈亚文为论文第一作者，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(31901191和31988102)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，Environmental Pollution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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