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熱帶和亞熱帶森林地區(qū)被認(rèn)為是氧化亞氮（N2O）的主要自然排放源之一。在我國(guó)南亞熱帶地區(qū)，年降水分配不均以及持續(xù)高氮沉降的特點(diǎn)顯著影響了土壤氮轉(zhuǎn)化過程，從而潛在增加南亞熱帶森林土壤氮素的損失（淋溶和溫室氣體排放）。土壤氮轉(zhuǎn)化包括氮礦化，硝化和反硝化過程，均由土壤微生物介導(dǎo)。然而，在全球變化背景下微生物如何調(diào)控氮轉(zhuǎn)化過程尚不明確。

中科院華南植物園生態(tài)及環(huán)境科學(xué)研究中心申衛(wèi)軍研究員課題組，以鼎湖山常綠闊葉林為研究對(duì)象，通過建立模擬氮沉降增加野外試驗(yàn)平臺(tái)，共設(shè)4個(gè)氮水平（Control：0 kg N ha-1 yr-1，LN：35 kg N ha-1 yr-1，MN：70 kg N ha-1 yr-1，HN：105 kg N ha-1 yr-1），進(jìn)行了為期2年的野外氮礦化實(shí)驗(yàn)及N2O排放通量的監(jiān)測(cè)，結(jié)合土壤性質(zhì)、功能基因綜合探討南亞熱帶森林土壤氮轉(zhuǎn)化響應(yīng)氮沉降增加的微生物調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：（1）硝化作用氨氧化古菌氨單氧酶基因AOA-amoA在土壤中占優(yōu)勢(shì)（圖 Han et al., 2019）；氨氧化古菌AOA豐度在MN和HN處理分別增加了17.3%和7.5%，但未呈現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異（Nie et al., 2019）；但高氮添加顯著降低了氨氧化細(xì)菌AOB和含nosZ基因的反硝化菌的豐度，而增加了含nirK基因反硝化菌的豐度。（2）施氮1年后中氮和高氮添加顯著促進(jìn)了凈氮礦化速率，凈硝化速率，硝態(tài)氮淋溶速率（Nie et al., 2019）。（3）土壤N2O排放通量在干季受到氮添加促進(jìn)，在濕季卻受到氮添加抑制，且這種促進(jìn)/抑制效應(yīng)在加氮處理的第二年有所減弱。濕季N2O排放受抑制是自養(yǎng)硝化和反硝化聯(lián)合效應(yīng)、且生成的N2O較大比例被進(jìn)一步還原的結(jié)果；干季N2O排放受促進(jìn)是異養(yǎng)硝化、自養(yǎng)硝化和反硝化聯(lián)合效應(yīng)、且生成的N2O由于被還原比例較低而得以存留的結(jié)果（Han et al., 2019）。（4）氮素轉(zhuǎn)化與功能微生物豐度有一定的關(guān)聯(lián)性，但偏最小二乘路徑模型（PLS-PM）法分析得出氮添加對(duì)功能基因豐度有顯著的負(fù)效應(yīng)（Nie et al., 2019）。

另一項(xiàng)研究借助鶴山站野外人工模擬季節(jié)降水變化試驗(yàn)平臺(tái)，通過為期兩年（2013-2014）的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)干季延長(zhǎng)通過促進(jìn)凈氮礦化和硝化作用增加土壤NO3-含量；隨后濕季強(qiáng)降雨顯著提高NO3-淋溶和N2O排放量，最終降低了土壤無機(jī)氮含量的年平均值。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)盡管干季延長(zhǎng)、濕季更濕的降水季節(jié)變化可同時(shí)促進(jìn)無機(jī)氮淋溶和氣態(tài)氮排放，然而無機(jī)氮淋溶對(duì)土壤氮流失的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位（Chen et al., 2019）。

上述 研究結(jié)果可為預(yù)測(cè)全球變化背景下，南亞熱帶森林土壤N2O排放的未來變化趨勢(shì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。以上研究得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目等資助。

圖 氮添加下濕季（a）和干季（b）土壤氮素（銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機(jī)氮、微生物生物量氮）、硝化-反硝化功能基因豐度和N2O排放通量的結(jié)構(gòu)方程模型分析。