本报讯日前,中科院亚热带生态所在喀斯特峰丛洼地典型生态系统土壤团聚体固碳机制研究方面取得新进展,该研究对全球气候变化背景下正确评价我国西南喀斯特石灰土固碳现状和潜力、制定区域生态系统碳汇管理措施具有重要意义。相关成果分别在《应用生态学报》、《植物营养与肥料学报》和《西北植物学报》上发表。土壤有机碳具有高度异质、动态变化、影响因素复杂及依赖于时空尺度等特点,受生态系统类型、土壤类型、土壤生物活性及群落组成等多因素的影响,其稳定性机制对于估计有机碳的固定潜力、制定相宜的土壤管理措施非常重要。迄今为止,在南方旱地红壤、南方水稻土等方面研究中,有关科学家未达成共识。同时,我国西南喀斯特地区主要是白云岩和石灰岩发育的钙质土壤,从理论上认为有利于固定二氧化碳,但缺乏石灰土有机碳积累机制的具体研究。亚热带生态所的研究表明,石灰土土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体均以大于2毫米团聚体为主;随着生态系统内部组成结构趋于复杂,大团聚体含量增加,团聚体稳定性增强。喀斯特峰丛洼地石灰土团聚体有机碳含量显著高于其他非喀斯特地区的土壤,水稳性大团聚体中单位有机碳含量均比微团聚体稍高。随着土层深度的增加,土壤有机碳含量和土壤有机碳密度均呈下降趋势,其降低程度与土壤深度有显著的线性关系,土壤容重与土壤有机碳含量之间也有良好线性关系。《中国科学报》
(2013-08-28 第4版 综合)

亚热带生态所 植被自然恢复可提高土壤碳固持

该项研究以Lignin and cellulose dynamics with straw incorporation in two
contrasting cropping soils
Effects of long-term straw incorporation
on lignin accumulation and its association with bacterial laccase-like
genes in arable soils
为题分别发表在Scientific ReportsApplied
Microbiology and Biotechnology
上。该研究得到国家重点研发计划
(2016YFD0200106-5)、国家自然科学基金(41301273, 41671298,
41430860)和广西面上基金(017JJA150086y)的支持。

研究发现,自然恢复模式土壤有机碳含量显著高于人工恢复模式和耕地,而短期内人工恢复模式和耕地之间有机碳含量没有显著差异。不考虑基岩出露对土壤有机碳储量影响,各植被类型之间有机碳储量无显著差异,剔除基岩出露影响后,自然恢复植被下有机碳储量显著高于人工恢复植被和耕地。

论文链接:1 2

王克林表示,十九大报告曾提出“必须坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针”,此项研究也进一步证明,相比人工恢复模式,短期内自然恢复更有利于土壤碳固持,且上述环境因子可作为评估自然恢复模式下土壤碳库变化的重要指标。

中国科学院亚热带农业生态研究所研究员苏以荣团队基于长期定位试验,观测红壤丘陵区和喀斯特山区旱地和水旱轮作地两种土地利用方式下秸秆还田配施化肥及单施化肥后土壤中纤维素和木质素含量及其对土壤有机碳贡献的动态变化。结果表明:与长期定位试验前相比,连续13年秸秆还田后旱地土壤中纤维素的含量未发生显著改变,而水旱轮作地中纤维素含量显著降低,表明纤维素不是有机质积累的主要形式。一年定位观测发现,秸秆还田后旱地和水旱轮作地中纤维素分别在6和3个月内完全转化为其他非纤维素形态。对于木质素,研究发现:长期单施化肥对石灰土木质素总量无显著影响,但红壤木质素总量显著增加55%;秸秆配施化肥均显著增加了红壤旱地、红壤水旱轮作地及石灰土旱地木质素的总量,分别由长期定位试验前414.5、201.
6、337.1 μg kg-1增至2092.4、1972.2、2096.5 μg
kg-1,表明秸秆配施化肥更有利于亚热带农田土壤中木质素的积累。长期施肥显著增加了红壤中木质素组分C类单体的比例,其中水旱轮作地中C类单体含量及其占木质素总量的比例均显著低于旱地,石灰土则表现为V类单体比例的增加,表明农田土壤中木质素的积累具有单体特异性,且由于木质素的稳定性高于纤维素,几种供试土壤中,以石灰土的木质素稳定性最高,更有利于稳定性有机碳组分的积累。通过相关分析和结构方程模型分析,发现氮素是影响农田土壤中纤维素和木质素降解动态的最关键因子。

针对这一科学问题,在王克林和张伟指导下,研究组以耕地为对照,通过分析人工恢复方式(人工牧草、人工经济林)和自然恢复方式(撂荒草地、灌木林、次生林)下,土壤有机碳变化特征并记录相应的环境因子信息,解析了不同恢复模式土壤有机碳积累变化规律,并揭示了其相应的环境驱动因子。

农作物秸秆中木质素和纤维素合计占秸秆干物质的40~70%。大量的木质素和纤维素随秸秆还田或植物根系进入农田土壤,进而影响农田生态系统的碳转化与固定过程。

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