東北地理所在秸稈還田調(diào)控土壤團(tuán)聚體孔隙結(jié)構(gòu)及其固碳機(jī)制方面取得進(jìn)展
土壤團(tuán)聚體作為調(diào)控土壤過程的關(guān)鍵因子，其內(nèi)部復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)土壤有機(jī)碳（SOC）固存以及土壤穩(wěn)定性有著重要的作用。特別是土壤團(tuán)聚體不同粒徑和密度組分中碳氮含量的變化與團(tuán)聚體內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)特征之間存在密切聯(lián)系。然而，對(duì)微米級(jí)土壤孔隙網(wǎng)絡(luò)與有機(jī)碳組分動(dòng)態(tài)耦合機(jī)制的解析尚未深入。
東北地理所黑土保護(hù)與利用學(xué)科組研究人員以2011年在東北黑土區(qū)建立的秸稈還田試驗(yàn)為研究對(duì)象，利用團(tuán)聚體分級(jí)、密度分組和計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)探討了不同團(tuán)聚體粒徑及其密度組分中SOC和全氮（TN）的含量以及3-5 mm團(tuán)聚體內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)特征變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以顯著提高團(tuán)聚體不同組分中的碳氮含量，通過促進(jìn)團(tuán)聚體形成與穩(wěn)定性，最終改善孔隙結(jié)構(gòu)（圖1）。具體表現(xiàn)為>100 μm孔隙的比例、孔隙度及各形狀參數(shù)（各向異性、圓度、連通性和分形維數(shù)）顯著增加，而總孔隙數(shù)顯著降低。團(tuán)聚體孔隙形態(tài)與分布的改善主得益于團(tuán)聚體輕組和重組碳氮的增加，團(tuán)聚體內(nèi)部孔隙網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碳氮協(xié)同固存（圖2），為解析秸稈還田條件下團(tuán)聚體碳氮固存與孔隙特征的互作機(jī)制提供了新認(rèn)知。
圖1秸稈還田對(duì)團(tuán)聚體內(nèi)碳氮含量以及孔隙結(jié)構(gòu)影響的結(jié)構(gòu)方程模型
圖2 秸稈還田對(duì)團(tuán)聚體內(nèi)碳氮含量以及孔隙結(jié)構(gòu)影響的概念圖
研究成果近期發(fā)表在國際農(nóng)林科學(xué)一區(qū)期刊Journal of Integrative Agriculture上。黑土保護(hù)與利用學(xué)科組在讀博士研究生趙影為論文第一作者，陳旭助理研究員為通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1500100）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)A類（XDA28070100）以及財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS04）等聯(lián)合資助。
論文信息：
Zhao Ying,Han Xiaozeng,Qiu Chen,Zou Wenxiu,Lu Xinchun,Yan Jun,Chen Xu*. The enhancements of pore morphology and size distribution by straw return are mediated by increases in aggregate-associated carbon and nitrogen. Journal of Integrative Agriculture,2025,24(4),1562-1576.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.08.003
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