近日，Soil Biology and Biochemistry发表了“Increase in mineral-associated organic carbon does not offset the decrease in particulate organic carbon under long-term nitrogen enrichment in a steppe ecosystem”的研究成果，揭示了内蒙古典型草原生态系统高频率氮添加情景下土壤矿物结合态有机碳与颗粒有机碳消长及其作用机制。

人类活动和化石燃料燃烧导致氮（N）沉降增加，极大地影响陆地生态系统土壤有机碳（SOC）储量及其稳定性。氮沉降通过改变植物生长、凋落物分解和微生物群落组成，进而影响SOC的动态变化。然而，现有研究关于氮沉降对SOC储量影响的结果并不一致，这可能与SOC的两个主要组分——颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）——对氮沉降的响应机制不同有关。颗粒有机碳（POC）的变化主要由植物碳输入和微生物分解之间的平衡决定。而矿物结合有机碳（MAOC）的变化则与根系生物量、根系分泌物以及土壤酸化驱动的矿物吸附或共沉淀反应密切相关。然而，不同研究中POC和MAOC对氮添加的响应结果存在显著差异，这增加了预测土壤碳稳定性与氮沉降关系的不确定性。此外，当前大多研究采用低频、高浓度氮添加的实验设计，难模拟自然大气氮沉降的持续且低量输入特征。

韩兴国/姜勇团队基于内蒙古锡林郭勒草原生态系统国家野外科学观测研究站2008年设置的长期、高频氮添加（每月氮添加；0、1、2、3、5、10、15、20、50 g N m^-2 yr^-1）野外控制实验，研究了高频氮添加对SOC及其组分的影响及其驱动机制。发现长期高频氮添加显著降低了SOC和POC含量，但增加了MAOC含量。与对照相比，在最高氮添加水平（N50）下，SOC和POC分别减少了3.9±0.51%和17.5±2.31%，而MAOC增加了5.8±1.68%。进一步分析表明，氮添加下强烈的微生物碳饥饿和激发效应共同导致POC下降。而MAOC的增加则与矿物保护作用增强有关，这是由于氮添加下铁/铝氧化物溶解度增加，能够与小分子有机物通过直接吸附或共沉淀反应形成稳定的金属-SOC络合物。然而，MAOC的增加无法抵消POC的减少，从而导致氮富集条件下SOC整体减少。

该研究揭示了微生物分解和矿物保护在影响氮沉降下草地生态系统SOC及其组分动态方面的关键作用，为深入理解氮沉降对土壤碳循环的影响提供了重要科学依据。

中国科学院植物研究所刘莉博士和杨俊杰副研究员为论文共同第一作者，河北大学生命科学学院张海洋研究员为论文通讯作者。河北大学韩兴国教授、姜勇教授、王静副教授、姜良超博士后，植物研究所黄建辉研究员、张云海研究员、魏存争副研究员，北京林业大学庾强教授为共同作者。该研究得到国家自然科学基金项目（42130515）资助。

论文信息：Li Liu^#, Junjie Yang^#, Jing Wang, Qiang Yu, Cunzheng Wei, Liangchao Jiang, Jianhui Huang, Yunhai Zhang, Yong Jiang, Haiyang Zhang*, Xingguo Han. Increase in mineral-associated organic carbon does not offset the decrease in particulate organic carbon under long-term nitrogen enrichment in a steppe ecosystem. Soil Biology and Biochemistry, 202: 109695 https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109695

图1  2017年与2020年土壤有机碳含量（a）、颗粒有机碳含量（b）和矿物结合态有机碳含量（c）随氮添加水平的变化

图2 内蒙古典型草原生态系统长期氮添加对颗粒有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)影响的概念图