New Phytologist | 25年氮添加改变了植物碳分配，增加了森林生态系统碳储量
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Introduction
美国东北部几十年的大气氮(N)沉降通过缓解氮限制，增强了这一全球重要的森林碳汇。植物微生物相互作用通过植物与微生物之间的碳氮交换，调节植物净初级生产力，改变土壤碳的稳定性和矿化度，从而显著影响生态系统的生物地球化学。为了确定这些反应背后的机制，并预测这些生态系统对氮输入和其他环境变化的响应，需要量化地上和地下生态系统组分对添加氮的响应。以前的研究观察到的对实验氮添加的响应(例如，增加地上生物量和减少土壤呼吸)通常与Bloom等人(1985)的最优分配理论一致，在该理论中，植物为了获得最有限的资源而调整资源的优化分配。根据这一理论，在N有限的生态系统中，N添加可以通过减少对N的限制来降低获取N的成本，允许植物将C分配给其他有限资源。鉴于最近的研究突出地下的C输入物质分解的重要性这种分配转移可能引发一种植物-土壤的反馈，即减少向菌根的碳通量和微生物对土壤有机质(SOM)分解的启动可能增加土壤碳储量，最终降低必需植物养分的矿化速率。
Methods
本研究利用美国西弗吉尼亚州Fernow试验林的全流域氮添加(1989年开始)研究数据，探讨了＞25年氮输入增加对生态系统C储存与分配的影响。从这个地点获得的大量长期数据来评估在10年时间尺度上，氮添加如何影响温带落叶林中的C和N相互作用，并帮助阐明可能影响陆地C汇和约束全球C模型的机制。
探索三个问题:第一，N的增加如何影响树C的分配，并最终影响长期的生产力?第二，降低获取N的C成本是否成为驱动植物C池和N添加通量变化的重要机制?三是树木对氮添加的响应对土壤生物地球化学的影响。
Results
施N和未施N流域的地上部生物量在试验期间均有所增加，但在+N WS3中增加速度更快(图2a)。自1991年以来，流域间的落叶量并没有显著差异，而是以相同的速率增加(图2b)。在整个研究过程中，+NWS3的ANPP高出25%(图2c)。此外，+NWS3中木质生物量的C: N比增加了35%(表2)。
细根N储量与C储量基本一致，不同流域细根库的C: N无显著差异。上层矿质土细根碳库和N库随时间变化不显著。此外，细根的产量和周转(0-10 cm深度)在流域之间没有差异(表2)。
在α = 0.1时，+N WS3的表层(0-10 cm)矿质土壤中C池比原来大1328gC m−2，N池比原来大84g C m−2(图3)。除0-10 cm增加量外，+N WS3各深度均显著提高了土壤C: N比值。
1989-2018年+N WS3的累计N输出仅比Ref WS7多12g N m−2。1989-2018年，+N WS3的表观N总保留量为98 g N m−2，在没有显著气体N损失的情况下，生态系统N储量逐年增加。从N质量平衡收支来看，+NWS3的N汇缺失较大，而Ref WS7的N源缺失相对较小 (13g N m−2)。
施氮导致了N获取策略和C分配的改变(图5a)。与Ref WS7相比，在氮素添加的响应下，+N WS3在衰老前移转较少的叶面N，获得了更大比例的土壤全氮通量(图5b)。考虑到+N WS3的TBCF降低了14%，我们估计+N WS3的最大碳吸收氮成本(83.2g C g N−1)比Ref WS7低27 (110 g C g N−1;图5 c)。因此，在N添加的情况下，光合产物的分配从地下成分转移到地上的木质生物量生产(图5)。
Conclusion
综上所述，氮肥通过将碳的分配从地下成分转移到地上生物量生产而增加了碳储量。施肥也降低了获取氮的C成本，允许植被中更多的C固存。在相同的细凋落物输入条件下，施肥流域上层矿质土壤C、N储量和C: N比值较大，这可能是由于植物凋落物分解减少所致。结合流域地上和地下数据，本研究揭示了植物碳分配对氮添加的响应可能导致植被和土壤中更高的碳储量。
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原文链接： https://doi.org/10.1111/nph.17256