東北地理所在氣候變化影響土壤有機(jī)磷礦化方面取得進(jìn)展
土壤有機(jī)質(zhì)富含大量的有機(jī)磷素，土壤有機(jī)碳的礦化對磷素循環(huán)具有重要影響。大氣CO2濃度和溫度升高改變光合碳向土壤中的輸送，刺激土壤微生物活性，加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解，可能釋放更多的磷（P）進(jìn)入土壤。然而，關(guān)于氣候變化條件下有機(jī)碳分解與土壤磷礦化的關(guān)系仍不清楚。因此，研究氣候變化背景下磷素轉(zhuǎn)化的影響以及相關(guān)功能微生物過程對應(yīng)對氣候變化的農(nóng)田土壤健康和養(yǎng)分管理至關(guān)重要。
中國科學(xué)院東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組研究人員，利用開頂式氣候室（OTC）模擬大氣CO2濃度和溫度升高，利用13C示蹤技術(shù)來區(qū)別土壤呼吸來源植物碳和土壤碳，解析大豆生育期間的土壤呼吸、磷轉(zhuǎn)化以及相關(guān)功能基因豐度，旨在探究氣候變化引發(fā)的根際激發(fā)效應(yīng)與土壤磷素轉(zhuǎn)化的關(guān)聯(lián)，最終明確土壤微生物功能在碳磷協(xié)同轉(zhuǎn)化中的作用。
研究發(fā)現(xiàn)，大氣CO2濃度和溫度升高使碳激發(fā)效應(yīng)提高43%、NaHCO3可提取有機(jī)磷（NaHCO3-Po）減少了33%。NaHCO3-Po與磷酸酶活性和微生物量碳呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，CO2濃度升高和溫度升高增加了土壤碳降解基因（abfA和ManB）和P礦化基因（gcd、phoC和phnK）的豐度（圖1），促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的降解和有機(jī)磷的礦化。研究結(jié)果說明在大氣CO2濃度和溫度升高條件下，植物根際光合碳的輸入刺激了土壤有機(jī)碳和有機(jī)磷礦化的微生物種群及其代謝功能，揭示了在氣候變化條件下微生物對植物光合碳的響應(yīng)可能會加速土壤碳和磷的耦合循環(huán)。
圖1 氣候變化產(chǎn)生的碳激發(fā)效應(yīng)對土壤磷轉(zhuǎn)化的影響
相關(guān)成果近期發(fā)表在國際環(huán)境領(lǐng)域主流期刊《Science of the Total Environment》上，中國科學(xué)院東北地理所博士生郭麗麗為論文第一作者，金劍研究員為通訊作者。研究成果得到黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（ZD2021D001）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA28020201）聯(lián)合資助。
論文信息：Lili Guo, Zhenhua Yu, Yansheng Li, Zhihuang Xie, Guanghua Wang, Junjie Liu, Xiaojing Hu, Junjiang Wu, Xiaobing Liu, Jian Jin*. Stimulation of primed carbon under climate change corresponds with phosphorus mineralization in the rhizosphere of soybean. Science of the Total Environment, 2023, 899, 165580.
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