氣候變化會(huì)引起降水格局發(fā)生改變，從而導(dǎo)致干濕交替模式發(fā)生改變，進(jìn)而可能會(huì)影響陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮、磷循環(huán)。土壤干旱會(huì)抑制土壤微生物活性，并且隨著干旱強(qiáng)度的增加，土壤微生物和根系可能會(huì)死亡。隨后的再濕潤(rùn)會(huì)通過(guò)破壞土壤結(jié)構(gòu)、從土壤礦物表面解吸有機(jī)和無(wú)機(jī)氮和磷、對(duì)土壤微生物施加滲透壓以及改變根系生長(zhǎng)等途徑影響土壤養(yǎng)分循環(huán)。由于土壤氮和磷在陸地生態(tài)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，因此全面了解其對(duì)干濕交替的響應(yīng)變得越來(lái)越重要。
東北師范大學(xué)生物地球化學(xué)組對(duì)土壤氮、磷循環(huán)的各個(gè)庫(kù)和通量對(duì)干旱和再濕潤(rùn)的響應(yīng)進(jìn)行了整合分析?；趤?lái)自79個(gè)研究的1882個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)，整合分析結(jié)果顯示，干濕循環(huán)中的干旱處理使土壤銨態(tài)氮、可提取有機(jī)氮和有效磷分別顯著提高22%、27%和72%；相比之下，土壤硝態(tài)氮、酶活性、微生物量、凈硝化作用和N2O的排放量分別顯著降低37%、13-21%、21-28%、39%和93%。再濕潤(rùn)后，土壤可提取有機(jī)氮、可提取有機(jī)磷、凈氮礦化、硝化作用、磷酸酶活性、可溶性有機(jī)氮淋溶、可溶性無(wú)機(jī)磷淋溶和N2O排放分別顯著增加59%、27%、19%、15%、12%、60%、116%和218%，而土壤硝態(tài)氮和硝態(tài)氮淋溶分別顯著降低9%和74%（圖1）。土壤微生物氮和磷以及酶活性能在土壤再濕潤(rùn)后恢復(fù)到干旱前的水平。土壤氮磷對(duì)干濕交替處理響應(yīng)值的大小通常會(huì)隨著干旱強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，這也可能是室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中這個(gè)響應(yīng)值大于野外實(shí)驗(yàn)的主要原因。另外，我們還發(fā)現(xiàn)，土壤有效磷對(duì)干濕交替處理的響應(yīng)強(qiáng)于無(wú)機(jī)氮強(qiáng)對(duì)干濕交替處理的響應(yīng)，從而導(dǎo)致在干濕交替處理土壤氮和磷之間的不平衡，這一現(xiàn)象在森林土壤的表現(xiàn)比農(nóng)業(yè)土壤中更為明顯。
以上研究成果以Responses of soil nitrogen andphosphorus cycling to drying and rewetting cycles: A meta-analysis為題，發(fā)表在土壤學(xué)的頂級(jí)期刊Soil Biology and Biochemistry上。高德才為文章的第一作者，白娥教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家青年拔尖人才計(jì)劃的支持。
圖1 陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮和磷循環(huán)對(duì)干旱和再濕潤(rùn)的響應(yīng)
