近日，国家重点实验室森林土壤研究团队李永夫教授课题组在国际知名期刊《Agricultural and Forest Meteorology》（中科院1区Top，IF_5-yr=6.9）上在线发表题为“Nitrogen deposition-induced stimulation of soil heterotrophic respiration is counteracted by biochar in a subtropical forest”的原创研究成果。该研究通过三年期的野外控制试验，探明了氮沉降和生物质炭输入及其交互作用对毛竹林土壤异养呼吸的影响效应；并通过土壤物理、化学和微生物学指标的综合分析，揭示了氮沉降背景下生物质炭调控毛竹林土壤异养呼吸的微生物学机制。研究结果为气候变化背景下亚热带人工林土壤增汇减排技术的研发提供科学依据，也为增强生态碳汇能力和助推碳中和目标实现提供科技支撑。

首先，课题组通过野外控制试验发现，氮沉降显著增加毛竹林土壤异养呼吸，而生物质炭输入显著降低土壤异养呼吸；值得注意的是，生物质炭施用可以有效抵消氮沉降对毛竹林土壤异养呼吸产生的刺激作用（图1）。

图1 氮沉降和生物质炭及其交互作用对毛竹林土壤异养呼吸的影响效应

随后，课题组进一步探究了毛竹林土壤异养呼吸与土壤温度、含水量和可溶性碳含量的相关性，发现：氮沉降背景下，生物质炭对毛竹林土壤异养呼吸的抑制作用并不是通过改变土壤温度、含水量以及可溶性碳含量所致（图2）。

图2 毛竹林土壤异养呼吸与土壤温度、含水量和可溶性碳含量的相关性

接着，课题组深入分析了毛竹林土壤异养呼吸与土壤碳循环功能基因（GH48、cbhI和cbbL）丰度及酶（β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶和RubisCO酶）活性的相关性，发现：氮沉降背景下，生物质炭通过降低土壤有机碳分解相关微生物功能基因丰度和酶活性，以及增加碳固定相关微生物功能基因丰度和酶活性；从而降低毛竹林土壤异养呼吸速率（图3）。

图3 毛竹林土壤异养呼吸与碳循环功能基因丰度及酶活性的相关性

最后，基于结构方程模型分析（图4），课题组进一步证实，氮沉降背景下，生物质炭通过降低土壤真菌分解纤维素相关的功能基因（cbhI）丰度和酶（纤维二糖水解酶）活性，从而降低毛竹林土壤异养呼吸速率。

图4 氮沉降背景下生物质炭对毛竹林土壤异养呼吸的调控机制分析

此外，基于上述研究结果，课题组初步估算了氮沉降背景下，施用生物质炭对全国毛竹林土壤异养呼吸的减排潜力为：每年减排7.6×10⁶吨CO₂。这一估算为全球变化背景下综合评估生物质炭在减少毛竹林土壤碳排放方面的潜力提供了重要参考。

该研究由浙江农林大学亚热带森林培育国家重点实验室森林土壤研究团队完成。国家重点实验室为第一作者单位和通讯作者单位，李永夫教授为第一作者兼通讯作者。浙江农林大学周国模教授、蔡延江教授、余兵教授、胡军国教授和姜振辉副教授等老师以及张少博、周家树等博士研究生参与了该项研究。该研究工作还得到澳大利亚格里菲斯大学方云英博士、美国田纳西州立大学惠大丰教授、澳大利亚拉筹伯大学唐才贤教授、澳大利亚新南威尔士州基础产业部Lukas Van Zwieten教授、浙江大学谷保静教授和加拿大阿尔伯塔大学张小川教授等的悉心指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金项目（32271845、31870599）和国家重点研发计划（2022YFE0127800）的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168192324000558