東北地理所在水溫耦合條件下黑土有機質礦化及其溫度敏感性特征方面取得進展
土壤有機質（SOM）在農田土壤肥力維持、碳封存和緩解氣候變化起著至關重要的作用，將作物殘留物還田被認為是維持和提升SOM的重要措施之一，然而，殘留物還田可能加速SOM的礦化，即為激發效應（PE），溫度敏感性（Q10）作為表征SOM礦化特性的重要參數，很大程度上決定著陸地生態系統碳循環與氣候變暖之間反饋關系的方向與強度。影響SOM礦化過程的因素既包括生物因素，如土壤微生物和植物等，也包括非生物因素，如土壤水分和溫度等。盡管大量研究對SOM礦化過程及其驅動機制開展了深入探討，但是在外源有機物輸入條件下，多因素耦合影響下如何影響SOM礦化過程尚不明確。
為此，東北地理所土壤物質循環學科組李祿軍團隊研究人員以東北農田黑土為研究對象，通過微宇宙控制實驗，利用13C穩定同位素示蹤技術，深入探究土壤溫度（12°C和22°C）和濕度（45%WHC和65%WHC）及其耦合作用對土壤有機質激發效應及其溫度敏感性的影響。
研究發現，在為期66天的培養期間，約有11%的秸稈碳被礦化成CO2，秸稈源CO2占總排放量的44-67%。SOM的礦化受到土壤溫度、濕度和土壤碳含量的交互影響，秸稈添加顯著增加了所有溫度和濕度水平下的SOM礦化速率，即產生正向激發效應。由于新鮮外源碳的輸入，微生物為滿足自身生長需求通過礦化土壤有機質來獲取氮素，這一研究結果支持了“微生物挖氮假說”。在45% WHC和22°C處理下，低水分條件改變了微生物生長策略，微生物生長策略由r對策變為K對策，K對策微生物加速了SOM的礦化速率，增強了SOM的激發效應（圖1）。秸稈添加顯著降低了SOM礦化的溫度敏感性，外源活性物質的輸入加速了SOM的分解，使得土壤中易分解碳占比增高，提高了SOM的質量，而SOM的碳質量被認為是影響其溫度敏感性的關鍵驅動因素。高質量的有機質分解通常需要較低的活化能，而較低的活化能導致較低的Q10值（圖2），這一結果符合阿倫尼烏斯方程定律，也支持碳質量假說（CQT hypothesis）。研究還發現，隨著土壤水分的降低，SOM礦化的Q10值隨之降低（圖3），低水分限制了溶質在土壤水膜中的擴散和微生物的活動，這意味著干旱條件可以通過降低Q10值來抵消由于升溫對SOM礦化造成的影響。本研究結果有助于增進理解氣候變化背景下土壤碳動態對外源有機物輸入響應規律。
研究成果近期發表在農林科學國際期刊《Geoderma》上。土壤物質循環學科組博士生何朋為第一作者，李祿軍研究員和楊雪辰特別研究助理為共同通訊作者。研究得到中國科學院國際合作局國際伙伴計劃項目（131323KYSB20210004）、國家自然科學基金聯合基金項目（U23A6001）、面上基金項目（42277350）和黑龍江省杰出青年基金（JQ2021C004）聯合資助。
圖1 不同水溫耦合處理下源于土壤有機質和秸稈碳的CO2分配情況
圖2 土壤有機質礦化活化能與土壤碳質量及溫度敏感性相關關系
圖3 不同水溫耦合處理下，土壤有機質周轉模式圖
論文信息：Peng He, Lu-Jun Li*, Shan-Shan Dai, Xiao-Li Guo, Ming Nie, Xuechen Yang*, Yakov Kuzyakov. Straw addition and low soil moisture decreased temperature sensitivity and activation energy of soil organic matter. Geoderma, 2024, 442, 116802.
附件下載：
吉公網安備22017302000214號
