中國(guó)科學(xué)院科學(xué)家團(tuán)隊(duì)——東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所土壤物質(zhì)循環(huán)學(xué)科組、中科院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站研究員李祿軍，與東北地理所海外特聘研究員、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校教授William R. Horwath團(tuán)隊(duì)合作，在土壤有機(jī)質(zhì)礦化的激發(fā)效應(yīng)研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Soil microbial biomass size and soil carbon influence the priming effect from carbon inputs depending on nitrogen availability為題，發(fā)表在Soil Biology & Biochemistry上。
土壤有機(jī)碳不僅對(duì)于維持和提升農(nóng)田土壤肥力具有重要意義，還與氣候變化密切相關(guān)。因此，有機(jī)物質(zhì)還田被認(rèn)為是維持和提升土壤有機(jī)碳含量的重要措施。然而，外源有機(jī)物質(zhì)輸入未必一定提升土壤有機(jī)碳含量。因?yàn)?，土壤有機(jī)碳庫(kù)大小受土壤中碳輸入和碳輸出的動(dòng)態(tài)平衡決定，而外源碳輸入會(huì)促進(jìn)原有土壤有機(jī)碳的礦化。在這個(gè)過(guò)程中，聯(lián)系碳輸入和碳輸出的一個(gè)重要機(jī)制是激發(fā)效應(yīng)（Priming effect）。激發(fā)效應(yīng)指外源有機(jī)物料的投入使土壤中原有有機(jī)質(zhì)的礦化速率改變的現(xiàn)象，礦化速率增加稱(chēng)正激發(fā)效應(yīng)，降低的稱(chēng)負(fù)激發(fā)效應(yīng)。關(guān)于有機(jī)質(zhì)激發(fā)效應(yīng)的研究盡管開(kāi)展了很多，但其內(nèi)在機(jī)制還不明確。
土壤微生物量雖然占土壤總碳和總氮比重較小，但其在土壤有機(jī)質(zhì)的礦化過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。目前微生物量的大小對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)礦化的影響還不明確。該研究選擇初始性質(zhì)相近的農(nóng)田和草地土壤，通過(guò)人為改變土壤微生物量的大小，研究微生物量大小的變化和氮素有效性對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)礦化激發(fā)效應(yīng)的影響。
研究顯示，黑麥草添加顯著促進(jìn)了累積CO2排放，而氮素添加降低了其排放。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)（42天），黑麥草中僅有9-16%的碳被礦化以CO2形式排放，其占到CO2總排放量的55%（農(nóng)田）和34%（草地）。氮素添加顯著抑制了黑麥草的分解（9-45%），而土壤微生物量大小的變化對(duì)黑麥草的分解沒(méi)有影響。整體而言，黑麥草添加對(duì)土壤有機(jī)碳的礦化造成了正激發(fā)效應(yīng)，而黑麥草和氮同時(shí)添加則顯著降低了激發(fā)效應(yīng)。另外，微生物量大小的變化對(duì)激發(fā)效應(yīng)的影響因土壤而異。在農(nóng)田土壤中，激發(fā)效應(yīng)不受微生物量大小變化的影響。然而，在草地土壤中，微生物量大小與土壤氮素有效性對(duì)土壤有機(jī)碳礦化的激發(fā)效應(yīng)具有交互影響。因此，研究認(rèn)為，土壤微生物量的大小和土壤碳含量共同影響土壤碳礦化激發(fā)效應(yīng)的大小和方向，同時(shí)還受氮素有效性的影響。
研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、東北地理所優(yōu)秀青年基金、國(guó)家留學(xué)基金委和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
來(lái)源于秸稈分解和土壤有機(jī)質(zhì)礦化的CO2
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