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全球1米深土壤有机碳储量约为1500 Pg，是陆地生态系统最大的碳库，其微小变化会引起大气CO2浓度的显著改变，在陆地碳循环中发挥着重要作用。因此，阐明土壤有机碳累积过程与稳定机制对于准确预测陆地碳循环与气候变化之间的反馈关系至关重要。磷是限制植物生长和陆地生态系统生产力的主要元素之一，对维持生态系统结构和功能起到至关重要的作用。自工业革命以来，人为活动导致的磷输入和大气磷沉降增加了生态系统的磷可利用性，这会改变陆地生态系统初级生产力、土壤微生物群落组成和活性以及有机质分解和固存等诸多方面，进而会对生态系统碳循环关键环节之一的土壤碳循环和储存产生较大影响。因此，在磷增加的背景下，土壤有机碳含量、组成和稳定性的改变可能会影响全球生态系统的碳平衡。然而，至今关于长期磷添加对土壤有机碳不同组分的影响和潜在的调控机制尚不清楚。 中国科学院成都生物研究所地表过程与生态系统管理项目组特别研究助理罗如熠在庞学勇研究员的指导下，基于青藏高原东缘亚高山森林生态系统养分添加长期定位试验平台（8年），以木质素酚和氨基糖作为植物和微生物残体标志物，结合固体13C交叉极化魔角自旋核磁共振和土壤有机碳物理分组等技术手段，系统探讨长期不同磷添加量对亚高山森林土壤有机碳形成和稳定的影响机制。结果表明：（1）持续磷添加显著减少了细根生物量，但不影响土壤有机碳含量；（2）磷添加降低了植物木质素对土壤有机碳的贡献，主要来自于香草基类酚的减少，同时含甲氧基/氮烷基碳减少2.1–5.5%。这是由于降低的氧化酶活性虽然抑制了木质素分解，但磷添加减少了细根碳输入，导致木质素来源化合物含量降低；（3）与此相反，磷添加主要通过增加真菌残体促进微生物残体的累积及其对土壤有机碳的贡献，相应地羰基碳含量增加9.1–12.4%。其原因在于磷添加通过降低微生物残体分解相关的氮获取酶活性，减缓了微生物残体的分解，进而提高微生物残体在土壤有机碳中的累积；（4）磷添加未显著影响缓慢循环的矿物结合态有机碳库，同时表征土壤有机碳化学稳定性的脂化度和顽固度指数也保持不变。综上所述，磷添加可通过改变植物和微生物源碳的不同积累过程来影响亚高山森林土壤有机碳的组成，但不影响土壤有机碳的物理和化学稳定性。上述发现有助于准确评估和预测日益增加磷有效性背景下土壤有机碳动态及其对气候变化的潜在反馈，为提高地球系统模型对土壤固碳功能的预测能力提供了科学依据。
磷添加影响亚高山森林土壤有机碳累积和稳定性的概念图
相关研究结果于2022年4月20日以“Phosphorus addition decreases plant lignin but increases microbial necromass contribution to soil organic carbon in a subalpine forest”为题，在线发表于国际权威期刊Global Change Biology上。成都生物研究所特别研究助理罗如熠为论文第一作者，庞学勇研究员为论文通讯作者，德国哥廷根大学Kuzyakov Yakov教授和北京大学朱彪研究员参与了部分工作。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、中科院重点部署项目、中国博士后科学基金面上项目等项目的联合资助。 注意：点击文末”阅读原文“可获链接。由于微信修改了推送规则，请大家将生态学者加为星标，或每次看完后点击页面下端的“在看”，这样可以第一时间收到我们的推文！