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材料與方法簡介

根據(jù)微生物量氮,、凈氮固持和總氮固持對(duì)選用數(shù)據(jù)進(jìn)行了分區(qū),。根據(jù)有機(jī)碳類型,、有機(jī)物C/N比,、無機(jī)氮形態(tài)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)這些過程進(jìn)行了分類,。有機(jī)C類型包括有機(jī)化合物和有機(jī)物質(zhì),。根據(jù)C/N比(<25,、25-50和≥50)將有機(jī)物的化學(xué)質(zhì)量分為三類,。有機(jī)物由不穩(wěn)定物質(zhì)(如葡萄糖),、中間產(chǎn)物(如纖維素和纖維二糖)和頑固性物質(zhì)(如單寧、草酸,、苯酚和木質(zhì)素)組成,。無機(jī)氮形態(tài)包括NH₄⁺和NO₃^?。將實(shí)驗(yàn)時(shí)間分為<30d,、30-60d,、60-120d和≥120d四類。

本文計(jì)算了反應(yīng)比(R),，即實(shí)驗(yàn)組的平均結(jié)果與對(duì)照組的平均結(jié)果之比,，以評(píng)價(jià)添加有機(jī)C對(duì)所選變量的影響。該比例已被用于meta分析,，以評(píng)估植物殘?bào)w添加對(duì)各種N過程的影響,?？紤]到R的自然對(duì)數(shù)(ln R)受到相對(duì)于R的分子或分母變化的影響更平等，ln R在小樣本中的分布比R的分布更正態(tài),，ln R被用于評(píng)價(jià)添加有機(jī)C對(duì)本meta分析中所選變量的影響,。

lnR = lnX_t? lnX_c

其中X_t為有機(jī)C處理變量的均值，X_c為對(duì)照變量的均值,。在本文數(shù)據(jù)集的503個(gè)觀察中,，有135個(gè)觀察中沒有報(bào)告有機(jī)C組和對(duì)照組的方差估計(jì)。Adams等(1997)開發(fā)的生態(tài)數(shù)據(jù)元分析重采樣方法不需要計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差,，因此可以將沒有標(biāo)準(zhǔn)誤差或偏差的數(shù)據(jù)納入元分析,。因此，本研究采用了這些重采樣方法,，并使用Metawin (version2.1)軟件的bootstrap重采樣程序來生成平均效應(yīng)量(ln R₊)和偏差校正置信區(qū)間(CIs),。當(dāng)CIs不與0重疊時(shí)，有機(jī)C添加的影響被認(rèn)為是顯著的,。CIs不重疊的平均值被認(rèn)為是顯著不同的,。

主要結(jié)果

1、有機(jī)C類型的影響

與纖維二糖相比,，葡萄糖對(duì)微生物生物量N的增加更低(圖1a),。然而，凈N固持則相反(圖1b),。葡萄糖添加對(duì)總氮的固持沒有顯著影響(圖1c),。有機(jī)物對(duì)微生物生物量氮或總氮固持的刺激作用沒有顯著差異(圖1a和1c)?？傮w而言,，葡萄糖、纖維二糖和纖維素的效應(yīng)值均顯著高于零,，分別為1.125,、0.348和0.170 (圖1d)。相比之下,，單寧和草酸的效應(yīng)大小較低(-0.050和-0.154),。根系分泌物、堆肥,、植物殘?bào)w和有機(jī)肥的效應(yīng)值分別為1.123,、0.685、0.467和0.420,，均顯著高于零,。所有觀察到的微生物N固持的ln R₊為0.717，變異范圍從-0.154到1.125。有機(jī)C的添加顯著提高了土壤微生物N素固持量105%,。

圖1 有機(jī)C類型對(duì)微生物生物量氮,、凈氮固持、總氮固持以及對(duì)三個(gè)變量組合的影響,。

Fig. 1. Effects oforganic-C type on microbial biomass N (a), net N immobilization (b), gross Nimmobilization (c), and the combination of the three variables (d) using themean effect size (ln R₊).

用三個(gè)初始C庫(不穩(wěn)定的,、中間的和難降解的化合物)來定義有機(jī)C質(zhì)量可以準(zhǔn)確地描述有機(jī)物的分解速率和有機(jī)碳基質(zhì)對(duì)土壤C和N的影響。葡萄糖(不穩(wěn)定化合物)的添加比纖維二糖和纖維素(中間可分解化合物)會(huì)顯著促進(jìn)凈N固持,。當(dāng)有機(jī)C以碳水化合物或其他易分解化合物的形式存在時(shí),，微生物對(duì)N的固持作用預(yù)計(jì)將顯著增加(圖4)。相比之下,，當(dāng)大部分有機(jī)C以頑固性化合物(如木質(zhì)素和單寧)的形式存在時(shí),，C的生物利用度較低，不利于微生物N固持,。中間可分解化合物對(duì)微生物氮素固持的促進(jìn)作用可能介于不穩(wěn)定和難降解化合物之間,。

2、有機(jī)物C/N比的影響

圖2a-d展示了添加不同C/N比有機(jī)物對(duì)微生物氮素固持效果的影響大小,。C/N比25-50的有機(jī)物增加微生物生物量N,，其ln R₊ 為0.117，低于C/N比<25的ln R₊ 0.349和C/N比≥50的ln R₊ 0.407,。同樣，C/N比25-50的有機(jī)物總N固持的ln R₊ (1.158)低于C/N <25 (1.206)和C/N≥50 (1.726, 圖2c),?？傮w而言，不同組間微生物N固持的ln R₊差異不顯著(圖2d),。這些結(jié)果表明,，微生物氮素固持對(duì)有機(jī)碳添加的響應(yīng)在短期內(nèi)可能不依賴于有機(jī)物的C/N比。

圖2 有機(jī)物C/N比,、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和無機(jī)氮形態(tài)對(duì)微生物生物量氮,、凈氮固持、總氮素固持以及對(duì)三個(gè)變量組合的影響,。

Fig. 2. Effects of organicmaterial C/N ratio, experimental period, and inorganic-N form on microbialbiomass N (a), net N immobilization (b), gross N immobilization (c), and thecombination of the three variables (d) using the mean effect size (ln R₊).

3,、無機(jī)氮形態(tài)的影響

無機(jī)氮形態(tài)(NH₄⁺或NO₃^?)對(duì)微生物氮素固持對(duì)添加有機(jī)C響應(yīng)的影響如圖2a-d所示。與NO₃^?相比,，NH₄⁺微生物生物量N,、凈N和總N固持的增幅均較低?？傮w而言,，NH₄⁺的效應(yīng)值(0.838)低于NO₃^?的效應(yīng)值(1.642)。而NH₄⁺與NO₃^?的微生物生物量N、凈N和總N固持的變化無顯著差異,。添加有機(jī)C后,，微生物NH₄⁺固持lnR_NH4+與微生物NO₃^?固持lnRNO₃^-的關(guān)系為：lnRNO₃^-=1.32 lnR_NH4+ +0.06 (R² = 0.48, P <0.01;圖3)。

圖3 微生物NO₃^?固持的響應(yīng)比的自然對(duì)數(shù)(ln R)與微生物NH₄⁺固持的ln R之間的關(guān)系,。

Fig. 3. Relationshipbetween the natural logarithm of the response ratio (ln R) of microbial NO₃^?immobilization and the ln R of microbial NH₄⁺ immobilization.

4,、實(shí)驗(yàn)時(shí)間的影響

微生物生物量N、凈N固持和總N固持的ln R₊隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間從<30d增加到30-60d而降低,，≥60d時(shí)增加(圖2a-c),。然而，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間超過120d時(shí),，總N固持的ln R₊ 再次減少,。總的來說,，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間上,，ln R₊的下降順序?yàn)?/span><30d、60–120d,、≥120d和30-60d,。

Fig. 4. Conceptual diagramof organic-C three initial C pools on the response of microbial Nimmobilization to organic-C addition.

結(jié)論

結(jié)果表明,，添加葡萄糖比添加其他有機(jī)化合物更能有效地促進(jìn)微生物氮素固持,。有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)在調(diào)節(jié)微生物氮素固持反應(yīng)中起重要作用。然而,，最適合預(yù)測微生物氮素固持的質(zhì)量參數(shù)仍不清楚,。C/N比被廣泛用于定義有機(jī)質(zhì)質(zhì)量，但在短期內(nèi)不能很好地預(yù)測微生物對(duì)氮素的固持,。

本meta分析結(jié)果表明,，有機(jī)物的C/N比對(duì)微生物氮素固持的影響不顯著。通過比較,，用三種C庫(不穩(wěn)定的,、中間的和難降解的化合物)來定義有機(jī)物質(zhì)量可以準(zhǔn)確地描述有機(jī)物的分解速率和添加有機(jī)碳后C和N的動(dòng)態(tài)變化。葡萄糖(一種不穩(wěn)定的化合物)比纖維二糖和纖維素(中間化合物)對(duì)微生物N的固持有顯著的促進(jìn)作用,，而單寧和草酸(難降解的化合物)對(duì)微生物N的固持沒有促進(jìn)作用,，這證實(shí)了有機(jī)C需要分配到不同的庫中。當(dāng)有機(jī)碳主要以不穩(wěn)定化合物形式存在時(shí),，微生物對(duì)氮的固持可能會(huì)增加,。相反，高含量的難降解化合物可能不利于微生物氮固持,。中間化合物對(duì)微生物氮固持的促進(jìn)作用介于不穩(wěn)定化合物和難降解化合物之間,。無機(jī)氮形態(tài)對(duì)微生物氮固持對(duì)有機(jī)碳添加的響應(yīng)的影響不顯著，因?yàn)?/span>NH₄⁺對(duì)NO₃^?的固持沒有抑制作用。實(shí)驗(yàn)時(shí)間可能通過多種途徑影響微生物氮素固持對(duì)有機(jī)碳添加的響應(yīng),。

本研究揭示的微生物氮素固持對(duì)有機(jī)碳添加的響應(yīng)可用于改進(jìn)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮素管理策略,。例如，改變植物殘?bào)w種類可以增加微生物氮的固持,，提高土壤氮供應(yīng)和植物氮吸收的同步性,。

Cao Y , He Z , Zhu T , et al. Organic-C qualityas a key driver of microbial nitrogen immobilization in soil: Ameta-analysis[J]. Geoderma, 2021, 383:114784.