GCB | 土壤有機(jī)碳庫的形成受溶解有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)和微生物碳泵效能的調(diào)控
為了實(shí)現(xiàn)土壤有機(jī)碳(SOC)儲(chǔ)量的長期增加，有必要了解碳管理策略對(duì)SOC形成途徑的影響，特別是通過微生物殘?bào)w碳(MNC)和溶解有機(jī)碳(DOC)的變化（相關(guān)閱讀：GCB | 微生物碳利用效率和殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)碳的重要性；GCB Meta分析 | 張福鎖院士團(tuán)隊(duì)揭示農(nóng)田管理通過促進(jìn)微生物殘?bào)w積累而增加土壤有機(jī)碳的機(jī)理；中科院植物所馮曉娟研究員GCB最新觀點(diǎn)文章：植物對(duì)土壤微生物碳泵效率的影響（全文翻譯））。基于此，作者利用了一項(xiàng)為期14年的田間試驗(yàn)，比較了兩種生物炭劑量和玉米秸稈添加量。研究了不同碳質(zhì)量對(duì)土壤有機(jī)碳(SOC)和溶解有機(jī)碳(DOC)組成、MNC積累和土壤呼吸的影響，其中MNC和DOC分別是土壤穩(wěn)定C庫和不穩(wěn)定C庫的重要組成部分和指標(biāo)。
研究發(fā)現(xiàn)：生物炭和玉米秸稈都提高了土壤有機(jī)碳的上限，但途徑不同。生物炭在提高有機(jī)碳和DOC含量的同時(shí)，通過增加碳芳構(gòu)性降低了基質(zhì)的可降解性。這導(dǎo)致微生物豐度和酶活性受到抑制，從而降低了土壤呼吸，削弱了MNC產(chǎn)生的體內(nèi)轉(zhuǎn)換和體外修飾(即微生物碳泵“效率”低)，并導(dǎo)致分解MNC的效率降低，最終導(dǎo)致有機(jī)碳和MNC的凈積累。秸稈摻入增加了土壤有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量，降低了芳香性。土壤有機(jī)碳可降解性和土壤全氮、全磷等養(yǎng)分含量的提高刺激了微生物數(shù)量和活動(dòng)，從而促進(jìn)了土壤呼吸，提高了微生物碳泵對(duì)MNC生產(chǎn)的“功效”。生物炭和秸稈地塊的總碳添加量分別為27.3 ~ 54.5和41.4 Mg C ha - 1。研究結(jié)果表明，生物炭通過外源穩(wěn)定碳輸入和MNC穩(wěn)定化提高有機(jī)碳儲(chǔ)量的效率更高，但后者的“效率”較低。與此同時(shí)，秸稈還田顯著促進(jìn)了凈MNC積累，但也刺激了有機(jī)碳礦化，導(dǎo)致有機(jī)碳含量的增加(50%)低于生物炭(53%-102%)。研究結(jié)果揭示了生物炭和秸稈施用對(duì)土壤穩(wěn)定有機(jī)碳庫形成的年代際效應(yīng)，并揭示了其因果機(jī)制，有助于田間實(shí)踐最大化土壤有機(jī)碳含量。
圖1 年代際施用生物炭和秸稈對(duì)土壤DOC和脫礦化有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及分子結(jié)構(gòu)的影響
圖2 施用生物炭和秸稈通過土壤有機(jī)碳結(jié)構(gòu)和MCP泵效率變化對(duì)土壤穩(wěn)定碳庫不同形成途徑的概念圖
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https://doi.org/10.1111/gcb.16865
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