東北地理所在全球有機(jī)碳輸入對土壤供氮潛力的影響方面取得進(jìn)展
氮和碳素在土壤中存在緊密的耦合關(guān)系，由于微生物自身代謝的化學(xué)計(jì)量需求，微生物在利用外源碳素進(jìn)行合成和分解代謝的同時(shí)，也將刺激有機(jī)氮的礦化過程進(jìn)而影響土壤供氮潛力。但在外源有機(jī)碳輸入普遍發(fā)生的背景下，仍缺乏關(guān)于土壤總氮礦化（GNM）對外源有機(jī)碳輸入全球尺度響應(yīng)模式的整合分析，這限制了我們對全球土壤潛在氮供應(yīng)及碳氮元素流動的認(rèn)識。
東北地理所土壤物質(zhì)循環(huán)學(xué)科組研究人員在Web of Science和中國知網(wǎng)上檢索了2021年9月10日前發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，匯總了全球范圍內(nèi)63項(xiàng)研究的265組觀測值，借助分層模型和方差-協(xié)方差矩陣，進(jìn)行了土壤GNM對外源有機(jī)碳輸入響應(yīng)的meta分析，探討了外源有機(jī)碳性質(zhì)及環(huán)境因子對GNM的影響。
研究表明：外源有機(jī)碳的輸入使GNM顯著提高了40.8%（圖1a）。外源有機(jī)碳基質(zhì)添加對土壤GNM的影響因其種類而異，秸稈和堆肥等復(fù)雜外源有機(jī)碳的輸入使土壤GNM顯著提高了44.7%，而葡萄糖等簡單外源有機(jī)碳輸入對土壤GNM沒有顯著影響（圖1b）。在各生態(tài)系統(tǒng)中，外源有機(jī)碳添加僅對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤GNM有顯著的促進(jìn)作用（圖1d）。外源有機(jī)碳基質(zhì)輸入對土壤GNM影響因子的分析發(fā)現(xiàn)，外源有機(jī)碳的輸入量是影響土壤GNM最重要因素，二者呈顯著正相關(guān)（p < 0.05）（圖2）。此外，土壤初始pH和外源有機(jī)碳的pH在調(diào)控外源有機(jī)碳輸入后土壤GNM變化中起到重要作用，且與GNM呈顯著負(fù)相關(guān)（p < 0.05）。本研究meta分析結(jié)果提供了對全球范圍內(nèi)土壤GNM對外源有機(jī)碳基質(zhì)輸入響應(yīng)的系統(tǒng)性理解，研究結(jié)果為提升碳氮耦合作用下全球碳氮循環(huán)平衡模型提供參考。
圖1 土壤總氮礦化對外源有機(jī)碳添加的響應(yīng)值
圖2 外源有機(jī)碳添加條件下氣候因子、土壤初始性質(zhì)、外源有機(jī)碳性質(zhì)對土壤總氮礦化的影響
相關(guān)研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域期刊《Soil & Tillage Research》上，土壤物質(zhì)循環(huán)學(xué)科組特別研究助理劉明慧為第一作者，李祿軍研究員和東北林業(yè)大學(xué)馮富娟教授為共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目和黑龍江省杰出青年基金項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文信息：Minghui Liu, Fujuan Feng*, Lu-Jun Li*, Xinran Du, Zhuoyun Zhang, Ximei Ji. Possibility of exogenous organic carbon input to increase global soil nitrogen supply potential: A meta-analysis. Soil & Tillage Research, 2023, 232, 105773.
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