摘要
磷是维持生物体生存的重要营养元素之一，磷的可利用性是少磷的热带亚热带森林土壤氮转化过程的重要影响因素。人类活动造成的氮沉降量不断增加已显著影响到了森林生态系统的结构和功能，并且加剧了热带亚热带地区的磷限制。热带亚热带大部分地区大气氮沉降速率普遍较高，土壤磷的可利用性低，磷添加可能会显著改变森林土壤氮转化过程，但目前我们关于热带亚热带森林土壤氮转化过程如何响应长期磷添加的认识还比较薄弱。 本研究在我国南亚热带两个典型人工林（相思林与尾叶桉林）中开展野外模拟控制实验，从2010年7月份开始施磷肥处理（NaH2PO4，50kgP·ha-1·yr-1）。通过野外采集土壤气体样品测定土壤N2O排放通量（2019年9月-2020年1月），同时采集土壤样品（2020年5月），室内测定土壤理化性质，土壤中相关氮矿化酶的活性(L-谷氨酰胺水解酶(L-Glutaminase)、L-天冬酰胺水解酶(L-Asparaginase)、脲酶(Urease)、蛋白酶(Protease))以及土壤微生物群落组成，并结合室内15N示踪实验结合数值模型来量化土壤氮转化速率，探究长期磷添加对南亚热带人工林土壤氮转化过程的影响及调控机制。本研究主要结果如下: (1)长期磷添加没有增强两种人工林土壤微生物对氮固持作用，但显著降低了两种人工林土壤N2O排放速率; (2)长期磷添加显著降低了尾叶桉林土壤硝态氮的含量，但对两种人工林土壤各个氮转化过程的速率均没有显著影响，同时长期磷添加也没有改变两种人工林土壤微生物生物量以及土壤氮矿化相关酶活性; (3)相较于尾叶桉林，豆科相思林具有较高的土壤氮转化速率。两种人工林土壤微生物对氮固持速率相对较低，土壤表现出净硝态氮生产的现象，且主要通过自养硝化作用产生; (4)两种人工林土壤微生物群落结构存在显著差异，相比尾叶桉林，相思林细菌相对丰度更高，但革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌的比值更低，相关分析表明微生物群落组成与土壤总碳、总氮含量以及总碳氮比值显著相关。在相思林，长期磷添加显著增加了丛枝菌根的含量，但是土壤各类群微生物的相对丰度没有变化;在尾叶桉林，长期磷添加通过改变了土壤硝态氮和微生物磷的含量，来直接或间接改变了土壤微生物群落组成，真菌与细菌比、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比显著降低，土壤微生物群落朝向细菌为主导的方向变化。 以上研究结果表明，所研究的南亚热带两种人工林土壤氮循环处于开放状态，表现为总氮矿化和总硝化速率远大于总氮固持速率，说明该地区可能接近了氮饱和状态。长期磷添加对两人工林土壤各个氮转化过程速率均没有显著影响，但显著降低了两人工林土壤N2O排放速率，并且显著改变了非豆科树种人工林（尾叶桉林）土壤微生物群落组成。本研究结果加深了我们关于磷养分输入对热带亚热带森林土壤氮循环的认识，在长期持续氮沉降背景下，磷的可利用性对具有非耦合土壤氮循环的人工林微生物与植物方面的影响应该受到关注。
NETL