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南京农业大学三亚研究院| JEM: 凋落物纤维素通过调控溶解性有机碳,驱动茶园土壤共反硝化过程及其氧化亚氮排放

2026-04-01 09:08:22

信息

题目：Litter cellulose modulates dissolved organic carbon to drive co-denitrification contribution and nitrous oxide emissions in tea plantation soils

凋落物纤维素通过调控溶解性有机碳，驱动茶园土壤共反硝化过程及其氧化亚氮排放

期刊：Journal of Environmental Management

IF 8.0√

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2026.129073

摘要

植物枯叶是陆地生态系统中土壤有机碳（C）和养分的主要来源。落叶化学成分关键地调控了土壤有机碳组分对微生物的形成和生物利用度，从而调控氮（N）转化过程和一氧化二氮（N₂O）排放。然而，由凋落物化学成分驱动的C-N耦合过程及其对N₂O排放的影响却相对鲜有关注。本研究采集 5 个树龄超 30 年的茶树品种凋落物，利用 ¹⁵N 同位素示踪技术，探究其凋落物化学特征对土壤有机碳组分、氮素转化及 N₂O 排放途径的影响。结果表明，不同品种茶树叶片凋落物的木质素与纤维素含量存在显著差异。凋落物纤维素含量正向调控土壤活性碳库，尤其是溶解性有机碳（DOC）含量。DOC 浓度升高可提高nirK+nirS基因丰度与硝酸盐总消耗速率，增强共反硝化作用对 N₂O 排放的贡献。参与纤维素降解的土壤碳水解酶（β- 葡萄糖苷酶与纤维二糖水解酶）进一步促进了源于共反硝化过程的 N₂O 排放。总体而言，土壤溶解性有机碳是连接土壤碳动态与 N₂O 排放途径的核心驱动因子。上述机制认识显著提升了基于凋落物化学参数预测陆地生态系统 N₂O 通量的能力，同时也可为茶园修剪废弃物精准管理、优化 N₂O 减排措施提供科学依据。

摘要图

表1 5 个茶树品种凋落物特性

表2 5 个茶树品种的土壤特性

图1. 土壤碳组分含量及其比值：溶解性有机碳（DOC，a）；微生物生物量碳（MBC，b）；颗粒有机碳（POC，c）；矿物结合态有机碳（MAOC，d）；氨基糖总量（V+S+C，e）；总氨基糖（TAS，f）；C/V 比值（g）；S/V 比值（h）。凋落物质量与土壤碳组分间的相关关系（i）。颜色梯度代表皮尔逊相关系数大小；星号表示统计学显著性水平，其中 * P ≤ 0.05，** P ≤ 0.01，*** P ≤ 0.001。

图2 5 个茶树品种土壤中不同途径的 N₂O 累积排放量（a）。不同时期（左图）及整个培养期间（右图），各途径对 5 个品种土壤 N₂O 排放的相对贡献（b–f）。N₂O 排放途径贡献度与 N₂O 累积排放量之间的相关关系（g–j）

图3.氮循环功能基因丰度：氨氧化古菌（AOA，a）；氨氧化细菌（AOB，b）；亚硝酸盐还原酶基因 nirK（c）；亚硝酸盐还原酶基因 nirS（d）；氧化亚氮还原酶基因 nosZ（e）；nirS + nirK 基因总丰度（f）。误差线表示平均值的标准误（SE），重复数 n = 3。不同小写字母表示品种间差异显著（P < 0.05）