中科院 | SBB：氮添加下化学计量失衡和微生物群落调节微生物元素的利用效率

微生物元素利用效率是调控土壤碳、氮矿化过程的重要参数。微生物碳利用效率（CUE）描述了用于生长的碳占总有机碳吸收量的比例。因此，较高的CUE值意味着微生物生物量中相对较少的CO₂排放和更多的碳固持。同样，较高的微生物氮利用效率（NUE）意味着土壤生物量氮的有效固持和较少的氮矿化。然而，森林土壤中氮素富集对微生物CUE和NUE的影响却知之甚少。本研究采用H₂¹⁸O示踪剂方法，通过在温带森林中进行的一项长期氮（N）素添加试验，研究了3个处理中的土壤微生物CUE和NUE，3个处理分别包括对照（大气氮沉降，2.7 g N m⁻² yr⁻¹）、低N添加（大气氮沉降 + 2.5 g N m⁻² yr⁻¹）和高N添加（大气氮沉降 + 7.5 g N m⁻² yr⁻¹）。研究发现微生物CUE对N添加的响应取决于N添加量和土层。具体而言，在有机层土壤中，低N添加显著增加了微生物CUE（45.12%），高N添加却显著减少了微生物CUE（27.84%）。此外，在矿质层土壤中，低N添加处理中土壤微生物CUE没有发生变化，但在高N添加处理中微生物CUE显著增加了133.18%。研究还发现，有机层土壤中微生物NUE随N添加量的增加而降低，而矿质层土壤中微生物NUE却呈现相反的趋势。N添加下，微生物生物量与资源之间磷的化学计量失衡以及微生物群落的变化与微生物CUE和NUE紧密相关。另外，N添加降低了有机层土壤中微生物生物量的周转，却加速了矿质层土壤微生物生物量的周转。综上，本研究结果表明，N添加可以通过影响微生物元素利用效率（即CUE和NUE）来控制土壤碳、氮循环过程，进而影响温带森林土壤碳氮固持。