東北地理所在黑土母質熟化過程中土壤有機質與團聚體耦合作用方面取得進展
土壤團聚體是土壤結構的基本單元，是土壤健康的關鍵屬性之一。一般認為土壤團聚體通過有機質的膠結、微生物的捆綁纏繞和電性吸引而形成，這一過程中土壤有機質的作用不可替代。土壤有機質增加可促進土壤團聚體的形成，土壤團聚體的形成和周轉又反過來保護土壤有機質，二者耦合作用微觀機制的控制因子較多，前期已提出許多概念模型揭示二者的耦合作用關系及過程，但仍缺乏定量化描述，且已有研究均是針對表層土壤開展，對土壤母質熟化初期二者之間耦合關系的研究還甚少。
東北地理所土壤物質循環學科組基于黑龍江海倫農田生態系統國家野外科學觀測研究站內的黑土母質熟化定位試驗，通過土壤團聚體分級、閉蓄態微團聚體分離和13C-核磁共振技術，1）區分了夏季和冬季土壤不同組分碳的腐解和轉化速率參數，建立了黑土母質熟化過程中土壤有機質、土壤結構和土壤團聚過程的CAST模型，并以2年實測試驗數據進行校準，成功預測了黑土母質在熟化初期土壤有機質和團聚體耦合動態變化過程，發現母質在熟化初期，多年生自然植被恢復和農田化肥加秸稈還田措施使土壤中> 0.25 mm的大團聚體比例增加，特別是其內顆粒有機質含量增加顯著，而0.053–0.25mm的微團聚體和< 0.053 mm的粉黏粒比例減少；2）初步描述了母質熟化初期土壤的團聚化過程及控制因子。土壤初級團聚化過程首先發生于植物腐解形成的有機質碎片周圍，有機碎片被黏粒包裹不斷形成閉蓄態組分，閉蓄態組分不斷分解，包裹于其外的初級大團聚體不斷形成。初級大團聚體繼續分解破碎，又形成次級微團聚體、大團聚體和粉黏粒。該初級團聚化過程更多受母質屬性影響，而受田間施化肥和秸稈等有機物質還田量的影響很小。而農田管理措施通過改變有機質在不同粒徑團聚體中的轉運效率，影響土壤的次級團聚化過程，進而影響土壤團聚體周轉及其內部保護的土壤有機質的穩定化過程；3）進一步揭示了團聚體內部有機碳組分的化學結構和穩定性機制，發現外源碳經過一系列的分解和轉化，更多的被固存在微團聚體內的粉黏粒組分中，主要以烷基碳、芳香族碳和羰基碳為主，這部分碳受土壤團聚體的物理化學保護作用較大，且更多來源于微生物活動的代謝產物，有機質的穩定化程度較高。而在較大粒徑的大團聚體或粗顆粒有機質中，來源于植物殘體的烷氧基比例更多，其活性和微生物可利用性更高，更容易被微生物和植物分解利用。研究結果對于揭示土壤有機質與團聚體的耦合作用機制、正確評價退化黑土的肥力快速恢復過程及有機質穩定性機制具有重要意義。
相關系列研究成果先后發表在《Advances in Agronomy》、《Journal of Soils and Sediments》、《生態學雜志》和《應用生態學報》上。本研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院青促會項目資助。
論文信息：
Li N, You MY, Han XZ*,et al. Modeling soil aggregation at the early pedogenesis stage from the parent material of a Mollisol under different agricultural practices. Advances in Agronomy. 2017, 142, 181-214.
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065211316301134
LI N*, Long JH, Han XZ*, et al. Molecular characterization of soil organic carbon in water-stable aggregate fractions during the early pedogenesis from parent material of Mollisols. Journal of Soils and Sediments. 2020, https://doi.org/10.1007/s11368-020-02563-w.
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-020-02563-w
李娜, 韓曉增*, 盛明, 等. 東北黑土成土母質培肥過程中土壤肥力變化特征. 應用生態學報,2020, DOI: 10.13287/j.1001-9332.202004.026
苑亞茹, 韓曉增, 李娜*, 等. 不同熟化措施對黑土母質發育的新成土壤有機碳庫的影響. 生態學雜志, 2020, DOI: 10.13292/j.1000-4890.202004.007.
圖1 CAST模型的結構和初始賦值（A）及改進的夏季（B）和冬季（C）腐殖化參數的區分。圖B和C中的參數表征不因土地利用方式和土壤管理而變的初始團聚過程模擬參數。
圖2 母質發育初期不同大小土壤團聚體質量與內部有機碳的相互關系
圖3 母質發育初期表層土壤不同粒徑團聚體內有機碳化學組成主成分分析圖
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