土壤氮（N）素的有效性是植物生長的主要制約因素，因而對陸地生態系統碳（C）收支平衡起著至關重要的作用。土地利用方式的改變，尤其是農田向人工造林地的轉變能大幅增加土壤中有機C的儲存，減緩溫室效應。然而，隨著人工造林下植被生物量的增加和有機C的固持，N素的限制作用越來越突出。未施肥土壤中90%以上的N以有機形態存在，因而土壤有機質中N的釋放通常決定著生態系統中N的有效性。然而，在造林系統中，土壤有機N的周轉狀況如何，土壤有機質中N素的供應能否滿足造林下C固持增加的需求，這些問題仍不十分清楚。因而對土地利用變化下有機氮周轉狀況進行研究對于我們理解氣候變化背景下C的收支平衡狀況具有十分重要的現實意義。
中國科學院武漢植物園土壤生態學學科組博士后馮嬌在程曉莉研究員的指導下，以丹江口庫區農田、灌叢和森林為對象，測定土壤團聚體中N含量、δ15N同位素以及酶活性的變化。研究結果表明，造林顯著增加土壤全N的儲量，增加土壤N水解酶活性，但是卻降低穩定態N占全N的比例以及土壤δ15N值。土壤全N儲量與土壤有機C儲量之間呈顯著的正相關; 類似地，土壤N水解酶活性與C水解酶活性也呈顯著的正相關。總體上，研究結果表明，造林地N對C固持的限制能通過以下途徑得以緩解：包括1）增加土壤N水解酶活性；2）降低穩定態N占全N的比例；3）維持穩定的C:N酶計量比例；造成整體上N和C循環的緊密耦合（圖1）。
本研究得到國家自然科學基金 (31470557, 31770563, 31700461)和中科院戰略先導專項B(XDB15010200)的資助，相關研究成果以“Stimulation of nitrogen-hydrolyzing enzymes in soil aggregates mitigates nitrogen constraint for carbon sequestration following afforestation in subtropical China”為題發表在國際SCI期刊“Soil Biology and Biochemistry”上。
論文鏈接 https://authors.elsevier.com/a/1X7jZ_tPj7~6P
圖1 丹江口庫區土地利用變化影響土壤N循環的途徑
