GCB | 土壤有机碳库的形成受溶解有机质结构和微生物碳泵效能的调控
为了实现土壤有机碳(SOC)储量的长期增加，有必要了解碳管理策略对SOC形成途径的影响，特别是通过微生物残体碳(MNC)和溶解有机碳(DOC)的变化（相关阅读：GCB | 微生物碳利用效率和残体对土壤有机碳的重要性；GCB Meta分析 | 张福锁院士团队揭示农田管理通过促进微生物残体积累而增加土壤有机碳的机理；中科院植物所冯晓娟研究员GCB最新观点文章：植物对土壤微生物碳泵效率的影响（全文翻译））。基于此，作者利用了一项为期14年的田间试验，比较了两种生物炭剂量和玉米秸秆添加量。研究了不同碳质量对土壤有机碳(SOC)和溶解有机碳(DOC)组成、MNC积累和土壤呼吸的影响，其中MNC和DOC分别是土壤稳定C库和不稳定C库的重要组成部分和指标。
研究发现：生物炭和玉米秸秆都提高了土壤有机碳的上限，但途径不同。生物炭在提高有机碳和DOC含量的同时，通过增加碳芳构性降低了基质的可降解性。这导致微生物丰度和酶活性受到抑制，从而降低了土壤呼吸，削弱了MNC产生的体内转换和体外修饰(即微生物碳泵“效率”低)，并导致分解MNC的效率降低，最终导致有机碳和MNC的净积累。秸秆掺入增加了土壤有机碳和可溶性有机碳含量，降低了芳香性。土壤有机碳可降解性和土壤全氮、全磷等养分含量的提高刺激了微生物数量和活动，从而促进了土壤呼吸，提高了微生物碳泵对MNC生产的“功效”。生物炭和秸秆地块的总碳添加量分别为27.3 ~ 54.5和41.4 Mg C ha - 1。研究结果表明，生物炭通过外源稳定碳输入和MNC稳定化提高有机碳储量的效率更高，但后者的“效率”较低。与此同时，秸秆还田显著促进了净MNC积累，但也刺激了有机碳矿化，导致有机碳含量的增加(50%)低于生物炭(53%-102%)。研究结果揭示了生物炭和秸秆施用对土壤稳定有机碳库形成的年代际效应，并揭示了其因果机制，有助于田间实践最大化土壤有机碳含量。
图1 年代际施用生物炭和秸秆对土壤DOC和脱矿化有机碳动态及分子结构的影响
图2 施用生物炭和秸秆通过土壤有机碳结构和MCP泵效率变化对土壤稳定碳库不同形成途径的概念图
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https://doi.org/10.1111/gcb.16865
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