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Chen Hua,b, Jinyu Gonga, Zhiyuan Maa, Linxuan Hea, Jingpin Leia,c*, Hongxia Cuib,d*
dHubei Shennongjia Forestry Ecosystem Research Station, Shennongjia 442421, China
摘要: 中国人工林面积位居世界首位,但氮(N)沉降加剧和气候变暖等共同威胁其土壤有机碳(SOC)库的稳定性。土壤呼吸(Rs)是SOC分解的主要途径,其调控机制仍未阐明。生物炭因其改良土壤养分和调节微生物群落的特性,被认为可缓解N沉降的负面影响。然而,N和生物炭交互作用如何通过土壤微生物群落结构、酶活性及碳氮磷循环过程来影响土壤呼吸的机制,以及土壤呼吸温度敏感性(Q10)在二者作用下的响应规律仍不明确。本研究以日本落叶松(Larix kaempferi)人工林为研究对象,通过为期5年模拟N沉降和生物炭添加的控制实验,结合土壤碳循环相关性质的变化特征和互作关系,探究上述问题。结果表明:低N添加(LN: 50 kg N ha−1 a−1)使Rs增加了7%,高N添加(HN: 100 kg N ha−1 a−1)则使Rs降低了32%;低生物炭(C5: 5 t ha−1)和高生物炭(C10: 10 t ha−1)分别使Rs增加了8%和13%;N和生物炭交互处理均表现出抑制作用,使Rs降低了12%−20%。LN、C5、C10均增强了Q10,HN则降低了该值。此外,N和生物炭的交互处理有利于维持Q10的稳定。N和生物炭添加对土壤碳循环的影响机制呈多种路径:N添加通过提升AP、NO3−-N含量直接或间接抑制微生物生物量及团聚体稳定性,而生物炭对SOC的潜在促进作用受限于其效应衰减,N和生物炭共同通过化学-微生物互作网络影响Rs。本研究阐明了N和生物炭添加下土壤微生物−理化−呼吸的级联响应机制,为在N沉降和潜在的温度升高情况下的土壤碳排放管理提供了参考。