PNAS ∣ 氮沉降加速热带森林土壤固碳：野外实验+meta分析
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Introduction
随着人类氮沉降的全球化，由于净初级生产力(NPP)的N限制的广泛存在，生态系统C的固存在许多地方都有可能被激发。然而，在许多热带森林中，N相对丰富，实验表明，在这些富含N的森林中，N的供应并不限制NPP。此外，以往关于森林碳汇的研究绝大多数强调的是植物生产力而不是土壤储量，因为土壤碳库是生物圈中最大的陆地有机碳库，超过一半的土壤碳储存在森林生态系统中。因此，土壤有机质作为碳汇在量上可能比植被对森林碳收支更重要。尽管热带森林对全球碳循环产生了不成比例的巨大影响，但随着全球氮(N)沉降的增加，地下土壤碳储量的变化仍是一个悬而未决的问题，因为氮供应往往不会限制热带森林的生长。
Methods
Results
（1） 氮添加显著提高了鼎湖山保护区原始热带森林的土壤C和N浓度(图1 A和B)，与对照相比，氮添加显著提高了森林全层土壤的C和N固存量，分别提高了7~21%和12~25%(图1 C和D)。土壤净碳和氮固存量随施氮量增加而增加，主要在20cm上部(图1 E和F)，其中，土壤C和N固存效率(单位氮添加量的C或N固存速率)随着氮添加量的增加而降低(图1 G和H)。
（2） 氮输入的增加显著加速了土壤酸化 。
（3） 长期施氮显著改变了土壤C的物理组成;重组分C(有机矿物组合)有助于土壤碳储量的提高，而轻组分C(物理保护颗粒有机质)则降低了土壤碳储量。
（4） 氮添加量的增加并没有改变土壤C的化学组成，烷基C、邻烷基C、芳香C和羰基C的丰度普遍对氮沉降不敏感(图3)。
（5） Meta分析显示，氮添加大大增加了热带地区森林土壤有机层和矿质层的C和N储量(总平均分别增加了8.2%和9.5%)以及施氮时间和水平(图4A和B)。说明慢性氮沉降可以模拟热带和亚热带森林的土壤C固存。在这些热带和亚热带森林中，超过5年的高氮添加(>50 kgN·ha−1·y−1)导致了显著的土壤氮保留(图4B)。我们发现，在热带和亚热带森林中，土壤C/N比率对变量N添加量没有响应(图2A和4C)。
（6） 作者开发了一个概念(图5)模型假设。在全球范围内，随着N沉降的增加，土壤C固存一直在发生。
Conclusion
综上所述，长期施氮使土壤C储量增加了7~21%，主要是由于C输出通量降低和物理保护机制的影响，但未改变有机质的化学组成。Meta分析进一步验证了过量氮输入导致的土壤C固存在热带森林中是一种普遍现象。作者进一步发展了一种概念模型假设，描述了在氮限制和非氮限制的生态系统中其机制是不同的。在N有限的生态系统中(图5A)，升高的N沉降一般会增加NPP和随后的地上凋落物产量，但会减少地下C分配(如细根生物量和周转量)和微生物生物量，同时减少CO2的流出，增加DOC的淋失量。然而，在富含N的生态系统(图5B)，减少CO2和DOC的排放导致了更多的土壤碳以顽固形态固存，尽管两种生态系统中涉及碳通量的关键生态过程存在明显差异，但土壤碳固存模式相似，均表现为在N限制和富N生态系统中，土壤中顽固有机碳增加，而不稳定有机碳减少。这些研究结果为成熟热带森林在过量氮沉降的情况下可以促进地下碳汇提供了经验证据，这对预测未来人为增加的二氧化碳和氮沉降的陆地汇具有重要意义。
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原文链接： https://doi.org/10.1073/pnas.2020790118
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