活性氮素输入对森林土壤磷转化和生物驱动磷有效性的调控作用

As the vital biogenic elements, nitrogen (N) and phosphorus (P) are the major limiting factors of ecosystem productivity and other critical ecological processes. Human-induced reactive N input increases have now significantly altered the N:P balances in forest ecosystems, leading enhanced P limitation. In this context, a new emerging issue of ecosystem coupled N and P cycling is to explore how reactive N inputs regulate soil P transformation and P bioavailability. However, due to the complexity of P fractions and their transformations, there was intense debating on this issue and how reactive N inputs affect soil P transformation and P bioavailability still remains as an open question at present. Therefore, from a dynamic perspective, and using the soil P fractionation method and emulating plants and microorganisms mediated inorganic P releasing processes, the present study aims to investigate two main scientific questions: 1) Which soil P fractions are most likely to be affected by reactive N inputs? What is the direction of P transformation, towards to organic or mineral-bounded fractions? 2) Do reactive N inputs affect plants and microorganisms mediated inorganic P releasing potential? If affected, which inorganic P releasing pathways were changed most significantly? Taken together, we evaluate these changes promote or decrease soil P bioavailability.

氮（N）和磷（P）作为地球系统重要的生源要素，是生态系统生产力和其它关键生态过程的重要限制因子。目前人类活动引起的活性N素输入增加已经导致森林生态系统N:P比例严重失衡，致使P限制进一步加强。在此背景下，森林生态系统N、P耦合循环面临的一个新任务就是阐明活性N素输入如何调控土壤P素转化及其生物有效性。由于土壤P组分及其转化的复杂性，目前关于活性N素输入如何调控森林土壤P循环依旧存在很大争议。鉴于此，本研究从动态的观点出发，结合土壤P分级提取技术和模拟植物、微生物驱动无机P释放过程，来系统研究如下科学问题：1）土壤中哪些P组分最易受到活性N素输入的影响，P主要朝着有机态还是矿物结合态转化？2）植物和微生物主导关键生物过程驱动无机P释放的潜力是否受到活性N素输入的影响，哪个无机P释放过程受到的影响最大，最终是提升还是降低土壤P生物有效性？

氮和磷是生态系统生产力和其它关键生态过程的重要限制因子。自工业革命以来，人类活动已经严重的改变了地球系统氮和磷的生物地球化学循环。尤其是氮肥施用和化石燃料燃烧，导致大量活性氮素输入森林生态系统，导致氮和磷的比例严重失衡，从而致使磷限制进一步加强。在此背景下，面临的一个新任务就是阐明活性氮素输入如何调控土壤磷素转化及其生物有效性。本项目依托在河南信阳鸡公山温带森林和广东英德石门台亚热带森林建立的“林冠氮沉降实验”平台，旨在研究活性氮素输入对森林土壤磷转化和生物有效性的影响。主要研究结果如下：. （1）活性氮素输入对不同气候带的森林土壤磷转化均有较大的影响。在鸡公山温带森林，活性氮素输入显著降低了土壤原生矿物态无机磷，同时增加了土壤铁铝结合态无机磷和有机磷的含量。这表明活性氮素输入导致土壤磷从原生矿物态向次生矿物态和有机态转变。在石门台亚热带森林，活性氮素输入导致土壤有机磷显著降低，同时土壤铁铝结合态无机磷增加。这表明活性氮素输入导致土壤有机磷向次生矿物磷转化。. （2）活性氮素输入对鸡公山温带森林和石门台亚热带森林土壤微生物生物量磷和磷酸酶活性的影响呈现相同的规律，皆有增加土壤微生物生物量磷和磷酸酶活性的趋势。. （3）鸡公山温带森林土壤有效磷的供给潜力要远远大于石门台亚热带森林的供给潜力。在鸡公山温带森林，质子途径是土壤有效态无机磷补给的最重要过程，其次是磷酸酶途径和有机酸途径。在石门台亚热带森林，磷酸酶途径是有效磷补给的最重要过程，其次是有机酸途径，而质子途径的有效磷补给较低。活性氮素输入显著促进了鸡公山温带森林通过磷酸酶途径和有机酸途径释放有效磷的潜力，但对石门台亚热带森林三种途径释放无机磷的潜力均无显著的影响。