氮磷添加对青藏高原高寒草甸土壤有机碳库的影响及微生物调控机制

The alpine ecosystem on the Tibetan Plateau not only has extremely high organic carbon reserves but also plays extremely important roles in the global carbon balance. Exogenous nitrogen and phosphorus addition can affect soil carbon cycles, however, the influences of nutrients addition on soil organic carbon (SOC) dynamics and the microbial mechanisms mediating the dynamics of different SOC fractions remain unclear. In this project, we propose to use the long-term nitrogen and phosphorus addition experimental platform in the Haibei Station and to conduct a long-term laboratory incubation experiment using soils collected from the alpine meadow. Our specific objectives are to 1) reveal changes in soil organic carbon storage, molecular structure, and turnover rates under long-term nitrogen and phosphorus additions; 2) determine the effects of long-term nitrogen and phosphorus addition on soil microbial biomass, community structure, enzyme activity and potential function as well as the main pathways leading to such changes in soil microbial community; 3) analyze the relationships between soil microbial community and dynamics of different SOC fractions, and elucidate the microbial mechanisms mediating soil organic carbon storage under long-term nitrogen and phosphorus addition in the alpine meadow. This study can potentially provide scientific evidence and theoretical basis for forecasting the response of soil carbon cycle to future global change and optimizing management and sustainable utilization of the alpine ecosystem.

青藏高原高寒生态系统具有极高的有机碳储量，在全球碳平衡中发挥着极其重要的作用。外源氮磷添加会对土壤碳循环过程产生影响，而其对土壤有机碳动态的影响过程及土壤微生物对不同有机碳组分的调控机制尚不十分清楚。本项目以青藏高原高寒草甸为研究对象，基于在海北站设立的长期氮磷养分添加实验平台和室内培养实验，具体目标包括：1)揭示长期氮磷添加处理下土壤有机碳库大小、组分和动态的变化规律；2)明确长期氮磷添加对土壤微生物生物量、群落结构、酶活性和潜在功能的影响以及引起土壤微生物变化的主要作用途径；3)分析土壤微生物与不同组分土壤有机碳动态的关系，阐明长期氮磷添加背景下土壤微生物对不同组分土壤有机碳库的调控机理。本项目的实施，将有望为预测高寒草甸土壤碳循环对全球变化的响应提供科学依据，并为高寒生态系统的优化管理和可持续利用提供理论基础。

青藏高原高寒生态系统具有极高的有机碳储量，在全球碳平衡中发挥着极其重要的作用。本项目以青藏高原高寒草甸为研究对象，基于在海北站设立的长期氮磷添加平台和室内培养实验，探究了氮磷添加对青藏高原高寒草甸土壤有机碳库的影响及微生物调控机制。主要结果和结论如下：一、长期氮、磷添加对总SOC和 MAOC的含量均没有显著影响。磷添加提高了土壤POC的含量，这主要由于在植物生物量没有被显著改变的情况下，较高的外源磷输入导致土壤微生物生物量的显著下降、抑制了微生物对有机质的分解，从而最终促进了POC的积累。与之不同，氮添加并没有改变POC的含量，其原因在于长期氮添加在提高植物生物量的同时也显著提高了植物凋落物的质量，使得植物碳输入的增加被高质量凋落物的快速分解所抵消，因此导致POC最终没有显著变化。此外，长期氮添加降低了土壤O-alkyl C的比例，但对其他化学组分没有显著改变。二、通过室内模拟长期养分添加对土壤有机碳和微生物的影响，发现养分添加对土壤理化性质与土壤微生物群落产生了显著影响，但是当添加外源易分解底物时，不同养分添加处理下的激发效应的响应不同：(1)氮添加未改变土壤激发效应；磷添加促进了土壤激发效应；氮磷同时添加也促进了土壤激发效应，说明磷添加对土壤及微生物的影响主导了激发效应的变化；(2)磷添加可能直接或间接通过引起有效土壤碳氮平衡被破坏，碳氮比上升而导致土壤微生物生物量下降，微生物受到抑制；当引入不稳定碳源时，微生物大量利用碳源进行代谢和合成胞外酶，以分解土壤有机质获取氮源，导致激发效应的显著上升。本研究证明，长期氮磷添加对微生物的作用存在差异，且氮磷添加对土壤有机碳物理组分和化学组成的影响和作用途径不同，利用不同的有机碳分组方法可以为揭示人类活动或全球环境变化背景下土壤总有机碳的变化提供更细致和深入的证据。