Decreased soil organic P fraction associated with ectomycorrhizal fungal activity to meet increased P demand under N application in a subtropical forest ecosystem

Resumo

O fósforo (P) é um nutriente essencial, mas limitado, em solos florestais subtropicais ou tropicais altamente intemperizados; no entanto, o aumento das demandas por P devido à elevada deposição de nitrogênio (N) pode agravar ainda mais a limitação por P nessas regiões. Como as frações de P do solo respondem ao enriquecimento por N e os mecanismos subjacentes ainda não são completamente compreendidos. Para abordar essa questão, conduzimos um experimento com 3 anos de adição de N em uma floresta natural de Castanopsis carlesii em Fujian, China; as frações de P do solo, a biomassa microbiana, as atividades enzimáticas e os níveis de ácidos graxos fosfolipídicos (PLFA) foram determinados. Descobrimos que a adição de N não alterou significativamente o carbono da biomassa microbiana (CBM) e o nitrogênio da biomassa microbiana (NBM), mas diminuiu significativamente o fósforo da biomassa microbiana (PBM); além disso, as razões CBM:PBM e NBM:PBM aumentaram significativamente após a aplicação de N, indicando que o enriquecimento por N aumentou a demanda por P das plantas e dos microrganismos do solo. Além disso, nem o P resina nem o P-NaHCO₃ (extraídos por resina e NaHCO₃, respectivamente) diminuíram, enquanto o P orgânico extraído por NaOH (NaOH-Po) diminuiu após a adição de N, implicando que o NaOH-Po é uma fonte potencialmente significativa de P disponível. Em particular, notou-se correlação positiva entre a abundância de fungos ectomicorrízicos e o NaOH-Po e relações significativas entre a atividade da fosfatase ácida (ACP) e os teores de P lábil, sugerindo que os fungos ectomicorrízicos podem desempenhar um papel importante no esgotamento do P orgânico do solo, e que essas atividades enzimáticas podem mobilizar o P indisponível para P lábil na floresta investigada. Tomados em conjunto, nossos resultados revelaram um novo mecanismo para a manutenção do P lábil do solo em uma floresta natural subtropical sob estresse crônico de deposição de N.

Abstract

Phosphorus (P) is an essential but limited nutrient in highly weathered subtropical or tropical forest soils; however, increased P demands owing to elevated nitrogen (N) deposition might further exacerbate the P limitation in these regions. How soil P fractions respond to N enrichment and the underlying mechanisms are not yet understood completely. To address this issue, we conducted an experiment with 3 years of N addition to a Castanopsis carlesii natural forest in Fujian, China; the soil P fractions, microbial biomass, enzyme activities, and phospholipid fatty acid (PLFA) levels were determined. We found that N addition did not significantly alter the microbial biomass C (MBC) and microbial biomass N (MBN), but significantly decreased microbial biomass P (MBP); further, the ratios of MBC:MBP and MBN:MBP increased significantly after N application, indicating that N enrichment enhanced the P demands of plants and soil microorganisms. Moreover, neither resin-P nor NaHCO3-P (extracted by resin and NaHCO3, respectively) was decreased, whereas organic P extracted by NaOH (NaOH-Po) was decreased after N addition, implying that NaOH-Po is a potentially significant source of available P. In particular, appositive correlation between abundance of ectomycorrhizal fungi and NaOH-Po and significant relationships between acid phosphomonoesterase activity (ACP) and labile P contents were noted, suggesting that ectomycorrhizal fungi can play a major role in the depletion of soil organic P, and these enzyme activities can mobilize the unavailable P to labile P in the investigated forest. Taken together, our results revealed a novel mechanism for the maintenance of soil labile P in a subtropical natural forest under chronic stress of N deposition.