氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响.pdf

养分输入会显著影响土壤有机碳矿化，但毛竹林土壤有机碳激发效应对不同类型养分输入的响应及其机制尚不明确。选用尿素和磷酸二氢钠作为外源养分，通过 80 d 的培养试验，研究氮素、磷素及两者联合添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应、微生物功能以及土壤理化性质的影响。结果表明，氮素、磷素及两者联合添加均显著提高了土壤原有有机碳矿化 CO2累积排放量（增幅分别为 91.3%、19.2%和 94.9%），产生显著的正激发效应，其中氮素及其与磷素联合添加诱导的正激发效应强度显著大于磷素添加处理。上述三种养分添加处理均显著提高了土壤 pH、活性有机碳库（微生物量碳、可溶性有机碳和烷氧碳组分）、碳降解酶（-葡萄糖苷酶和蔗糖酶）活性以及 cbhI 和 GH48 功能基因丰度，但抑制了多酚氧化酶和RubisCO 酶活性；此外，土壤无机氮（4NH-N 和3NO-N）含量在氮和氮磷添加下增加，在磷添加下降低。相关性分析表明，累积激发效应与土壤 pH、活性有机碳库、无机氮含量、碳降解酶活性以及 cbhI 和 GH48 功能基因丰度呈显著正相关，而与多酚氧化酶和 RubisCO 酶活性显著负相关。综上所述，氮磷养分添加可能是通过影响土壤 pH、活性碳氮含量，并提升微生物的活性和功能，从而显著提高土壤原有有机碳的矿化速率。关键词：毛竹林土壤；激发效应；养分添加；有机碳矿化；碳降解功能基因 中图分类号：S714 文献标志码：A Effects of Nitrogen and Phosphorus Addition on Organic Carbon Mineralization and Priming Effect in a Moso Bamboo Plantation Soil YAO Yihan1,ZHANG Shaobo1,ZHOU Jiashu1,LIU Juan1,2,CAI Yanjiang1,2,LI Yongfu1,2(1.State Key Laboratory of Subtropical Silviculture,Zhejiang A&F University,Hangzhou 311300,China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration,Zhejiang A&F University,Hangzhou 311300,China)Abstract:【Objective】Nutrients addition to soil have a significant effect on soil organic carbon mineralization.However,the response of soil organic carbon priming effect(PE)to the addition of different nutrients and its mechanism is still not clear.4 期 姚易寒等：氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响 1089 http:/【Method】Urea and sodium dihydrogen phosphate were selected as exogenous nutrients and the effects of nitrogen addition,phosphorus addition and nitrogen combined phosphorus addition on SOC mineralization,PE,microbial function and soil physicochemical properties in a Moso bamboo plantation soil were investigated through an 80-day incubation experiment.【Result】Nitrogen,phosphorus and their interaction significantly increased the cumulative CO2 emissions of native SOC mineralization(by 91.33%,19.18%and 94.88%,respectively),resulting in a cumulative positive PE.The magnitude of positive PE induced by nitrogen and nitrogen combined with phosphorus was greater than that induced by phosphorus alone.The above three nutrient addition treatments all significantly increased soil pH,labile organic carbon pool(microbial biomass carbon,dissolved organic carbon and O-alkyl C),carbon-degrading enzyme(-glucosidase and invertase)activities and cbhI and GH48 functional gene abundance,but inhibited the activity of polyphenol oxidase and RubisCO enzymes.Also,soil inorganic nitrogen content(4NH-N and3NO-N)was enhanced under nitrogen and nitrogen combined phosphorus treatments but reduced under phosphorus treatment.Results of Spearman correlation analysis showed significant positive relationships between cumulative PE and soil pH,labile organic carbon,inorganic nitrogen content,carbon-degrading enzyme activities,cbhI and GH48 functional gene abundances,whereas the activities of polyphenol oxidase and RubisCO enzyme were negatively related to cumulative PE.【Conclusion】The addition of nitrogen and phosphorus nutrients may have enhanced the rate of native SOC mineralization by affecting soil pH,the content of labile carbon and nitrogen,and stimulating the activity and function of microorganisms.Key words:Moso bamboo plantation soil;Priming effect;Nutrient addition;SOC mineralization;C-degradation gene 养分添加作为提高土壤养分，增加人工林产量和林农的经济收入的主要措施，被广泛应用于人工林的管理。然而，养分的类型、用量以及施肥方式会显著影响土壤养分有效性，同时也会通过影响土壤 pH，改变微生物群落结构以及碳循环功能基因丰度，从而对土壤有机碳（Soil organic carbon，SOC）储量和稳定性以及碳汇功能产生显著影响1-2。基于全球 71 项研究的 Meta 分析结果发现，养分添加对土壤有机碳周转的影响主要取决于土壤微生物呼吸的氮限制3。此外，养分输入剂量的增加对土壤有机碳固定的影响存在促进4-5或抑制6两种不同的效应，且不同剂量养分输入对土壤碳库的影响也与土壤初始养分有效性紧密相关7。因此，研究不同类型养分添加对人工林土壤碳循环的影响，对探明人工林土壤有机碳库的调控机制具有非常重要的意义。养分添加在短期内会引发土壤有机质周转的强烈变化，即土壤有机碳矿化的激发效应（Priming effect，PE）。研究表明，土壤养分循环与碳循环之间存在由微生物介导的紧密关系，氮、磷输入可通过改变土壤 pH 以及土壤养分有效性来影响土壤微生物群落结构与功能，从而对土壤原有有机碳的矿化产生显著影响。但养分添加所引发的激发效应强度和方向在不同研究间存在较大的差异8-10。有Meta 分析研究表明，氮素及其与磷素养分联合添加使土壤有机碳激发效应分别下降了 70%和 68%3。Liu等11指出，施肥处理会通过影响土壤微生物周转来减少稻田土壤有机碳降解。但也有研究发现尿素添加显著促进了土壤有机碳的分解12。此外，Feng等13的研究表明，养分添加对激发效应的影响与土壤初始养分有效性显著相关，其中氮肥影响激发效应强度随土壤氮素有效性的增加而显著降低，磷肥和氮磷肥联合施用影响激发效应的强度随土壤磷素有效性的增加而降低。此外，养分添加对土壤有机碳激发效应的影响效应也会因土壤活性碳氮含量的不同而产生显著差异14-15。综上，研究养分添加对土壤活性碳氮含量、碳降解功能微生物的影响，有助于进一步揭示养分添加对土壤有机碳激发效应的调控机制。毛竹（Phyllostachys edulis）作为亚热带重要的人工林资源，在我国总面积达 467.78 万公顷16。近年来，人们注意到毛竹林生态系统在固碳方面具有巨大潜力17。但长期集约经营（以化肥施用和林下植被去除为主）却导致毛竹林土壤有机碳库的储量和化学结构稳定性均显著下降18-19。土壤有机碳矿化是土壤生态系统碳循环的关键过程之一。理论上，不同养分输入会引起土壤理化及微生物学性质的变化，从而对土壤有机碳激发作用的方向与强度产生显著影响，但亚热带人工林土壤有机碳激发效应对不同类型养分输入的响应及其机制尚鲜见报道。鉴1090 土 壤 学 报 60 卷 http:/ 于此，本研究以亚热带典型毛竹人工林土壤为研究对象，通过室内培养试验，研究氮素、磷素及两者联合添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应、微生物群落功能以及土壤理化性质的影响，并探讨在不同养分添加条件下土壤有机碳激发效应与不同土壤环境因子的关系，从而为亚热带人工林土壤有机碳矿化及其激发效应的调控提供理论基础与科学依据。1 材料与方法 1.1 供试土壤 土壤样品采自浙江省杭州市临安区三口镇（3014 N，11942 E）亚热带典型毛竹人工林 0 20 cm 土层。该地区属亚热带季风气候，年平均气温 15.9，年平均降水量 1 450 mm。土壤类型为红壤，土壤 pH 4.72，有机碳 17.6 gkg1，全氮1.85 gkg1，全磷 1.02 gkg1，有效磷 8.16 mgkg1，速效钾 85.2 mgkg1，砂粒、粉粒、黏粒含量分别为354、372、274 gkg1。1.2 试验设计 共设 4 个处理：（1）无养分添加（CT）；（2）氮素添加（N）；（3）磷素添加（P）；（4）氮素和磷素联合添加（NP），每个处理 3 个重复。氮磷养分分别以 CO(NH2)2和 NaH2PO4的形式添加到土壤，添加比例为 N 0.2 gkg1干土和 P 0.05 gkg1干土。将养分与过 2 mm筛的新鲜土壤（相当于200 g烘干土）均匀混合，调整含水量约为土壤田间持水量 60%。不同处理土壤分别装入 500 mL 梅森瓶中。土壤产生的 CO2用碱液吸收法采集，并通过酸碱滴定法测定 CO2排放量。简而言之，将鲜土（相当于 200 g 烘干土）和一个装有 20 mL 0.5 molL1 NaOH 溶液（用于吸收 CO2）的小瓶放入 500 mL 梅森瓶中，并将梅森瓶密封，在黑暗中培养 80 d（25），试验期间保持土壤含水量为土壤田间持水量的 60%左右。考虑到梅森瓶中的空气 CO2，设置三个空白对照（无土壤）。在培养的第 2、7、14、28、42、56、80 天进行 CO2测量（使用 0.1 molL1 HCl 溶液滴定），并更换 NaOH 溶液。激发效应的计算基于养分添加下土壤原有有机碳矿化的变化，公式如下20：2,2,PECOCO对照养分添加 （1）式中，2,CO养分添加表示养分添加下单位重量土壤排放的 CO2量，mgkg1；2,CO对照表示对照处理下单位重量土壤排放的 CO2量，mgkg1。相对激发效应是 PE 与对照土壤中的有机碳矿化量比值，计算方法如下21：2,PEPE(%)=100CO对照相对 （2）式中，PE 表示养分添加下的激发效应，mgkg1；2,CO对照表示对照处理下单位重量土壤排放的 CO2量，mgkg1。1.3 土壤理化性质与酶活性测定 每个试验单元设置同样条件的梅森瓶（内置相当于 200 g 烘干土的新鲜土壤）用于破坏性取样。不同土壤类型、不同外源碳类型等因素均会对土壤激发效应的动态变化规律产生显著影响22-23。通常在培养前 2 周，土壤激发效应的动态变化较活跃；而 210 周，土壤激发效应的动态变化相对较稳定。因此，选择培养的第 14 天（土壤激发效应变化活跃阶段）和第 56 天（土壤激发效应变化稳定阶段）进行破坏性取样，并测定土壤理化性质、酶活性和碳降解功能微生物基因（cbhI 和 GH48）丰度。土壤基本理化性质：土壤 pH 以超纯水浸提，土水比 12.5（w/v）；土壤 SOC 和全氮含量使用元素分析仪（CHN-O-RAPID，德国）测定；有效磷（Available phosphorus，AP）含量使用 HCl-NH4F 法测定；速效钾含量使用火焰光度法测定；铵态氮（4NH-N）和硝态氮（3NO-N）用 2 molL1 KCl 溶液浸提并测定24。土壤可溶性有机碳（Dissolved organic carbon，DOC）用 0.5 molL1 K2SO4提取，TOC-TN 分析仪（TOC-VCPH，日本）测定25。土壤微生物生物量碳（Microbial biomass carbon，MBC）使用氯仿熏蒸法测定26。土壤有机碳组分：样品经氢氟酸溶液预处理后，使用13C 核磁共振（13C-nuclear magnetic resonance，13C-NMR）测定土壤有机碳组分27。光谱分为 4 个区域：=046（烷基碳）、=46114（烷氧基碳）、=114164（芳香碳）和=164220（羰基碳），以此得到土壤不同有机碳组分的含量。4 期 姚易寒等：氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响 1091 http:/ 土壤酶活性：土壤-葡萄糖苷酶活性的测定方法参考 Alef 和 Nannipieri28（以对硝基酚-D-吡喃葡糖苷为底物）；土壤蔗糖酶活性的测定方法参考Frankenberger 和 Johanson29（以蔗糖为底物）；核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶加氧酶（RubisCO）活性测定的方法参考 Guo 等30；土壤多酚氧化酶活性的测定方法参考 German 等31。1.4 土壤 DNA 提取和实时荧光定量 PCR 分析 称取 1.0 g 新鲜土壤，使用 Fast DNA Spin Kit（MP Biomedals，美国）提取 DNA 总量并溶于 TE缓冲液，提取的土壤 DNA 样品保存于70。采用引物组 GH481F（5-RRCATBTACGGBA TGCACTGGCT-3）和 GH481R（5-VCCGCCCCCC ABGMGTARTACC-3）扩增细菌 GH48 功能基因，用引物组 fungcbhIF（5-ACCAAYTGCTAYACIRG YAA-3）和 fungcbhIR（5-GCYTCCCAIATRTCC ATC-3）扩增真菌 cbhI 基因。PCR 采用 AP221-02试剂盒（TransStart Fastpfu DNA 聚合酶，20 L 反应体系）（南京诺唯赞生物科技有限公司，中国）在ABI GeneAmp9700 型 PCR 仪（Applied Biosystems，美国）中进行。细菌 GH48 的 PCR 扩增条件为 95下变性 3 min，然后进行 46次热循环（95进行 30 s，50退火 30 s，72进行 45 s），最终在 72停留10 min。真菌 cbhI 的 PCR 扩增在 95下变性 5 min，随后进行 40 次热循环（94 进行 30 s，48退火30 s，72进行 90 s），最后再进行 84延伸 10 s。扩增结束后对产物进行纯化。PCR 扩增后，通过熔解曲线分析和琼脂糖凝胶电泳观察产物，证实了扩增的特异性。随后用QuantiFluorTM-ST 蓝色荧光定量系统（Promega 公司，美国）测定细菌 GH48 和真菌 cbhI 的基因拷贝数。土壤样品中目的基因的拷贝数以纯化的模板质粒 DNA 产生的标准曲线为基础，实时荧光聚合酶链反应效率为 82.00%89.13%，两种功能基因的 R2值均大于 0.998，用土壤干重计算基因拷贝数结果。1.5 数据处理 利用双因素方差分析（Two-way ANOVA）检验氮素和磷素添加两个因子及其交互作用对土壤 CO2累积排放量、累积激发效应、土壤理化性质、酶活性以及 cbhI 和 GH48 功能基因丰度的影响。利用重复测量方差分析（Repeated measures ANOVA）检验养分添加处理（对照、氮添加、磷添加和氮磷联合添加）、培养时间及其交互作用对土壤 CO2排放速率、激发效应速率、土壤理化性质、酶活性以及 cbhI和 GH48 功能基因丰度的影响。采用皮尔逊相关分析研究了累积有机碳矿化与土壤理化性质、有机碳组分、酶活性以及碳降解功能基因丰度）之间的相关性。本试验数据的统计分析均采用 SPSS 25 软件，绘图在 Origin 9.0 软件中进行。2 结 果 2.1 氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化与激发效应的影响 N、P 养分添加及其交互作用均影响了毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应（表 1）。由图 1a 可知，对照、氮素添加、磷素添加和氮磷联合添加处理下，毛竹林土壤有机碳矿化 CO2累积排放量分别为2 517、4 816、3 000 和 4 906 mgkg1。与对照相比，N、P 和 NP 处理使土壤有机碳矿化 CO2累积排放量分别提高了 91.3%、19.2%和 94.9%。由图 1b 可知，N、P 和 NP 处理下的累积激发效应分别为 2 299、483 和 2 388 mgkg1，N 和 NP 处理引发的毛竹林土壤有机碳矿化激发效应累积量高于 P 处理（图 1）。表 1 氮、磷养分添加及两者交互作用对毛竹林土壤 CO2累积排放量和累积激发效应的影响 Table 1 Effects of nitrogen addition，phosphorus addition and their interaction on cumulative CO2 emission and cumulative priming effect（PE）of Moso bamboo plantation soil 影响因素 Source of variation CO2累积排放量 Cumulative CO2 emission 累积激发效应Priming effect 氮添加（N）*磷添加（P）*N P ns*注：*、*和*分别表示不同养分添加在 P 0.05，P 0.01和 P 0.05）。下同。Note：*，*and*represent the effects of different nutrient addition on the dependent variable at the significant level of P 0.05，P 0.01 and P 0.05）.The same below.1092 土 壤 学 报 60 卷 http:/ 注：CT 表示对照处理，N 表示氮添加处理，P 表示磷添加处理，NP 表示氮磷联合添加处理；*、*和*分别表示不同因素在P 0.05、P 0.01 和 P 0.05）。下同。Note：CT=control treatment，N=N nutrient addition treatment，P=P nutrient addition treatment，NP=N and P combined addition treatment；*，*and*represent the effects by different factors on dependent variable at the significant level of P 0.05，P 0.01 and P 0.05）.The same below.图 1 氮磷添加对毛竹林土壤 CO2累积排放量（a）和累积激发效应（b）动态变化的影响 Fig.1 Effects of nitrogen and phosphorus addition on the temporal dynamics of cumulative CO2 emission（a）and cumulative priming effect（b）in a Moso bamboo plantation soil 重复测量方差分析结果表明（图 1），培养时间对土壤有机碳矿化与激发效应产生极显著影响（P 0.001）。同时，如图 2a 所示，所有养分添加处理下的土壤有机碳激发效应速率均呈现随时间推移逐渐下降的规律（图 2a）。培养 28 d 后，P 处理下的激发效应逐渐由正激发转向负激发，NP 处理产生的正激发效应速率开始低于 N 处理。与激发效应速率的时间动态类似，所有养分处理下的相对激发效应随时间推移呈下降趋势（图 1 和图 2b），不同处理下相对激发效应的最高值均出现在第 2 天，最低值均出现在第 42 天。培养 28 d 后，P 处理下的相对激发效应逐渐由正转负，NP 处理产生的相对激发效应开始低于 N 处理。2.2 氮磷添加对毛竹林土壤理化性质和有机碳组分的影响 重复测量方差分析表明，试验处理对所有土壤环境因子均产生极显著影响（P 0.01），培养时间对除 pH 和-葡萄糖苷酶以外的其他土壤环境因子均产生显著影响（P 0.05）（表 2）。与对照相比，在养分添加处理下，毛竹林土壤 pH 以及 MBC、图 2 氮磷添加对毛竹林土壤激发效应速率（a）和相对激发效应动态（b）变化的影响 Fig.2 Effects of nitrogen and phosphorus addition on the temporal dynamics of rate of priming effect（a）and relative priming effect（b）in a Moso bamboo plantation soil 4 期 姚易寒等：氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响 1093 http:/ DOC、4NH-N、3NO-N 和 AP 含量均发生不同程度的变化（表 3）。在培养的第 14 天和 56 天，N、P 和 NP 处理均显著提高土壤 pH（表 3），P 处理使土壤 AP 含量分别提高了 125%和 293%（表 3）。此外，与对照相比，在培养的第 14 天，与对照相比，N 添加（N 和 NP 处理）使土壤4NH-N 含量分别提高 43.7%和 40.6%，而 P 处理则使4NH-N含量降低了 21.2%，培养第 56 天的样品也呈现类似的处理效应（表 3）。在培养的第 14 天，与对照处理相比，N 处理使土壤3NO-N 含量提高 28.6%，P 输入则使土壤3NO-N 含量降低 10.7%；在培养的第 56 天，与对照处理相比，N 处理使3NO-N含量提高 86.3%，而 P 输入则使土壤3NO-N 含量降低 10.2%（表 3）。表 2 处理、培养时间及其交互作用对毛竹林土壤环境因子的影响（基于重复测量方差分析结果）Table 2 Effects of treatments，incubation time and their interactions on soil environmental factors in a Moso bamboo plantation soil（based on repeated measures ANOVA）pH 微生物生物量碳MBC 可溶性有机碳DOC 铵态氮 4NH-N 硝态氮 3NO-N 有效磷 AP 烷基碳 Alkyl C 烷氧碳 O-alkyl C 处理 Treatment（Tr）*时间 Time（T）ns*处理时间 Tr T ns*ns*芳香碳 Aromatic C 羰基碳 Carbonyl C-葡萄糖苷酶BG 蔗糖酶 Invertase多酚氧化酶PPO RubisCO 酶 RubisCO cbhI 功能基因 cbhI gene GH48 功能基因GH48 gene 处理 Treatment（Tr）*时间 Time（T）*ns*处理时间 Tr T*注：BG 表示-葡萄糖苷酶（-glucosidase），PPO 表示多酚氧化酶（Polyphenol oxidase），下同。Note：BG=-glucosidase；PPO=Polyphenol oxidase.The same below.在培养的第 14 天，与对照处理相比，N、P 和NP处理使MBC含量分别提高74.4%、22.0%和79.2%，培养第 56 天后养分添加对 MBC 含量的影响与此类似。相比较而言，土壤 DOC 含量仅受 N 添加影响显著（P 0.05，表 3），培养 14 d 后，N 和 NP 处理中DOC 含量分别提高 152.7%和 146.6%（与对照处理相比），同样的规律也存在于第 56 天的样品中（表 3）。由图 3 可见，养分添加处理显著影响了毛竹林土壤有机碳组分含量。在培养的第 14 天和 56 天，N、P 和 NP 处理下的烷氧碳组分较对照处理均有不同程度的上升，而芳香碳组分则有不同程度下降，此外，P 处理下的烷氧碳组分低于 N 和 NP 处理。2.3 氮磷添加对毛竹林土壤酶活性的影响 毛竹林土壤酶活性受 N、P 以及 NP 交互作用的影响（图 4）。由图 4a 和 4b 可知，在培养的第 14天，养分添加对-葡萄糖苷酶活性无显著影响，第56 天，N 和 NP 处理下的-葡萄糖苷酶活性均显著高于对照处理。由图 4c 和图 4d 可知，在第 14 和56 天，N 处理、P 处理以及 NP 处理均显著提高了蔗糖酶活性（P 0.05）。与此相反，在第 14 和 56天，N 处理、P 处理以及 NP 处理均显著降低了多酚氧化酶活性（P 0.05，图 4e 和图 4f）。此外，第14 和 56 天，与对照处理相比，N 处理使 RubisCO酶活性分别下降了 21.0%和 40.6%（图 4g 和 4h）。1094 土 壤 学 报 60 卷 http:/ 表 3 氮、磷养分添加及两者交互作用对毛竹林土壤理化性质的影响 Table 3 Effects of nitrogen addition，phosphorus addition and their interaction on soil physicochemical properties in a Moso bamboo plantation soil 处理 Treatment pH 微生物生物量碳 MBC/（mgkg1）可溶性有机碳 DOC/（mgkg1）铵态氮 4NH-N/（mgkg1）硝态氮 3NO-N/（mgkg1）有效磷 AP/（mgkg-1）第 14 天 Day 14 CT 4.60 0.15 249.91 8.75 54.52 3.68 80.16 4.37 19.87 1.40 5.80 0.54 N 6.69 0.20 435.80 25.60 137.78 7.33 115.18 3.70 25.55 2.21 5.85 0.56 P 5.32 0.12 304.98 16.92 58.31 3.13 63.21 2.90 17.73 1.32 13.06 0.82 NP 6.81 0.15 447.74 20.40 134.43 3.47 112.71 2.51 22.51 0.95 16.55 1.51 P 值 N*P*ns*N P*ns ns*ns*第 56 天 Day 56 CT 4.43 0.12 136.01 5.00 23.94 1.63 35.48 2.10 42.29 1.70 4.74 0.12 N 6.65 0.27 234.50 6.41 55.45 3.97 50.30 3.39 78.80 2.47 4.72 0.18 P 4.95 0.16 212.30 6.08 24.11 1.52 26.15 0.93 37.98 1.93 18.64 0.52 NP 6.76 0.16 241.51 5.85 57.61 3.31 50.32 1.80 66.99 5.82 17.74 0.85 P 值 N*ns P*ns*N P ns*ns*ns ns 2.4 氮磷添加对毛竹林土壤 cbhI 和 GH48 功能基因丰度的影响 N、P 及其交互作用对毛竹林土壤碳降解微生物功能基因丰度的影响如图 5所示。在培养的第 14天，N、P 以及 NP 联合添加下碳降解功能基因（cbhI 和GH48）丰度均上升，其中 cbhI 功能基因丰度的增幅分别是 205%、13.6%和 233%，GH48 功能基因丰度的增幅分别为 100%、21.7%和 69.8%。P 处理下碳降解功能基因丰度（cbhI 和 GH48）均明显低于 N和 NP 处理。在培养的第 56 天，与对照处理相比，N 和 NP 处理使 cbhI 功能基因丰度分别提高 80.8%和 169%，使 GH48 功能基因丰度分别提高 51.2%和34.9%。然而，P 处理则显著降低了 cbhI 功能基因丰度（P 0.05），其降幅为 33.5%（图 5）。2.5 土壤激发效应与环境因子的相关性 由表 4 可知，在培养的第 14 天，毛竹林土壤有机碳矿化的激发效应与 pH、MBC、DOC、烷氧碳、芳香碳、4NH-N、3NO-N、cbhI 丰度和 GH48 丰度之间均存在显著正相关（P 0.05），而与羰基碳和多酚氧化酶活性之间存在显著负相关（P 0.05）。与之相比较，在培养的第 56 天，激发效应与 pH、MBC、DOC、烷氧碳、4NH-N、3NO-N、-葡萄糖苷酶活性、蔗糖酶活性、cbhI 丰度和 GH48 丰度之间均呈显著正相关（P 0.05），但与羰基碳和RubisCO 酶活性之间呈显著负相关（P 0.05，表 4）。3 讨 论 3.1 氮磷添加对毛竹林土壤激发效应的影响 施肥是提高土壤肥力、增加作物产量的常用措施，氮磷养分添加会对土壤原有有机碳矿化产生显著影响，从而影响激发效应的方向和强度32-33。本研究中，养分输入，尤其是氮素的添加，产生了累积正激发效应（表 1，图 1b），N 和 NP 处理导致土 4 期 姚易寒等：氮磷添加对毛竹林土壤有机碳矿化及其激发效应的影响 1095 http:/ 图 3 氮、磷养分添加及两者交互作用对毛竹林土壤有机碳组分的影响 Fig.3 Effects of nitrogen addition，phosphorus addition and their interaction on the SOC chemical composition in a Moso bamboo plantation soil 壤原有有机碳矿化分别增加了 91%和 94%（图 1a），上述结果与以往在森林34和稻田11生态系统中的研究结果类似。这可能是由于在本试验中，氮素添加显著提高了土壤氮素养分的有效性，提升了土壤微生物的活性，促进了土壤原有有机碳的分解，从而产生正激发效应13，35。同时，本研究也发现，在培养试验的 42 d 后，无论是否添加氮素，磷素的输入均对激发效应速率和相对激发效应产生负面效应（图 2a 和 2b）。杉木林土壤中的研究结果也显示36，磷添加抑制了土壤有机碳的分解（7.5%）。综上，本研究结果表明，养分输入整体上促进了毛竹人工林土壤原有有机质的矿化，增加土壤碳库损失，对土壤的碳汇功能产生负面影响。3.2 氮磷添加影响毛竹林土壤有机碳激发效应的机制 养分添加诱导的激发效应强度和方向与土壤pH37-38和有机碳库39-41有关。本试验中，所有养分添加处理下的土壤 pH 均高于对照土壤，其中氮添 1096 土 壤 学 报 60 卷 http:/ 图 4 氮、磷养分添加及两者交互作用对毛竹林土壤酶活性的影响 Fig.4 Effects of nitrogen addition，phosphorus addition and their interaction on enzyme activities in a Moso bamboo plantation soil 图 5 氮、磷养分添加及两者交互作用对毛竹林土壤 cbhI 和 GH48 基因丰度的影响 Fig.5 Effects