土壤碳庫(kù)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)之一，其動(dòng)態(tài)變化對(duì)全球氣候變化具有重要影響。氮沉降增加是當(dāng)前全球變化的重要特征，可能通過(guò)改變微生物介導(dǎo)的有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程調(diào)控土壤碳循環(huán)。然而，氮添加如何通過(guò)土壤胞外酶活性驅(qū)動(dòng)碳儲(chǔ)存的機(jī)制尚不明確。

為此，我們通過(guò)整合全球379項(xiàng)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)解析了氮添加對(duì)水解性（如β-1,4-葡萄糖苷酶）和氧化性（如過(guò)氧化物酶）碳降解酶活性的影響及其與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存的關(guān)系。研究結(jié)果表明，氮添加使水解性碳降解酶活性提高12.8%，但氧化性碳降解酶活性降低11.9%。兩類酶活性的不平衡變化是氮添加下土壤碳固存的關(guān)鍵調(diào)控因子。長(zhǎng)期氮添加通過(guò)降低微生物生物量碳抑制氧化性酶活性，進(jìn)一步減少?gòu)?fù)雜碳組分的分解，從而增強(qiáng)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性。研究還發(fā)現(xiàn)，氮添加導(dǎo)致的土壤酸化直接抑制微生物生長(zhǎng)，間接削弱氧化性酶活性，這一機(jī)制在森林生態(tài)系統(tǒng)中尤為顯著。短期（<5年）氮添加主要通過(guò)提升水解性酶活性促進(jìn)易分解碳的礦化，而長(zhǎng)期（≥10年）氮添加則通過(guò)降低氧化性酶活性減少頑固碳的分解，形成“酶活性權(quán)衡效應(yīng)”，最終決定土壤有機(jī)碳凈積累量（圖1）。

該研究從酶活性調(diào)控視角揭示了氮添加影響土壤碳儲(chǔ)存的微生物機(jī)制，為準(zhǔn)確評(píng)估全球氮沉降背景下的碳-氮耦合效應(yīng)提供了理論依據(jù)。研究強(qiáng)調(diào)，未來(lái)生態(tài)系統(tǒng)管理需綜合考慮氮添加速率、持續(xù)時(shí)間和生態(tài)系統(tǒng)類型，以優(yōu)化土壤碳固存潛力。

上述成果發(fā)表在國(guó)際著名期刊Biological Reviews。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金等支持。博士后陳笑為第一作者，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所鄭循華研究員和中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所陳驥研究員為通訊作者。

Chen, X., Cao, J., Sinsabaugh, R.L., Moorhead, D.L., Fanin, N., Nottingham, A.T., Zheng, X. and Chen, J. (2025), Soil extracellular enzymes as drivers of soil carbon storage under nitrogen addition. Biological Reviews.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/brv.70021

圖1?氮添加對(duì)水解性和氧化性碳降解酶活性的影響及其與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存的關(guān)系