中国农业大学土地学院商建英教授团队在碱性农田深层土壤无机碳研究方面取得重要进展
文章导读
你在田间发现，连年施肥却看不到碳排放下降，土壤肥力仍在下滑。大多数人只关注表层有机质，忽略了1米以下碱性土层。最新定位试验表明，持续秸秆还田可让深层无机碳累计近60吨/亩，关键点是微生物把表层溶解性有机碳输送至深层并与钙镁离子反应生成次生碳酸盐。为何这一路径长期被忽视？掌握后你的固碳效率会提升多少——答案只给出关键线索，你想揭开真正的‘碳汇钥匙’吗？
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近日，中国农业大学土地科学与技术学院商建英教授团队联合资源与环境学院杜章留副教授课题组以及沈阳生态所、南京土壤所、北京农林科学院等单位专家，依托山东桓台长期定位试验展开研究，发现长期秸秆还田后显著增加了深层碱性钙质土壤（1米以下）的无机碳储量，并揭示了其关键作用机制。相关研究成果《碱性农田深层土壤无机碳：被忽视的碳汇》（Deep soil inorganic carbon, an overlooked carbon sink in alkaline croplands）发表在国际权威期刊Environmental Chemistry Letters上。
土壤固碳是缓解气候变化的重要途径，但深层土壤碳的变化及其驱动机制仍不清楚。本研究基于山东省桓台县小麦-玉米轮作体系下的12年田间定位试验，通过对比秸秆还田与不还田处理，系统研究了0至200cm土壤剖面的碳储量变化。
长期秸秆还田下深层碱性土壤无机碳积累机制。该示意图展示了秸秆还田通过微生物介导途径促进深层土壤无机碳形成的主要生物地球化学过程。秸秆来源的溶解性有机碳（DOC）从表土层淋溶至深层（>1m），显著提高了深层微生物生物量并激活了相关关键酶促过程。在深层碱性钙质土壤环境中，微生物呼吸产生的CO2与土壤中丰富的Ca2+、Mg2+等阳离子发生反应，最终沉淀形成次生成土碳酸盐。
同时，结合13C自然丰度质谱分析计算与60天13C标记葡萄糖的室内土壤培养试验，阐明了外源碳进入深层土壤后的转化特征和归趋。结果表明，长期秸秆还田显著促进了深层无机碳的累积，使100至200 cm土层的土壤无机碳储量增加了57.6t ha-1。其中，自然13C丰度分析显示，次生碳酸盐（pedogenic carbonate）在0至20 cm表层土和120至140cm深层土中分别显著增长了96.6%和97.7%，而岩生碳酸盐（lithogenic carbonate）保持稳定，表明无机碳的增加主要源于次生碳酸盐的形成。13C标记葡萄糖示踪试验则进一步显示，添加的13C标记葡萄糖中有72.23%矿化释放为CO2，另有17.27%直接转化为土壤无机碳，证实进入120至140cm深层土的外源碳能够直接驱动次生碳酸盐的形成。此外，秸秆还田使表层土和深层土的微生物量碳含量分别提高了192%和144%，并将其碳酸酐酶活性分别显著提升了43%和73%。
本研究揭示了一种此前被忽视的、由微生物介导的深层土壤无机碳积累机制，明确了深层无机碳是碱性农田土壤中一个稳定的碳汇，为全球农田固碳减排提供了新的理论支撑。
中国农业大学土地科学与技术学院商建英教授课题组博士后尹英杰为论文第一作者，商建英教授为论文通讯作者。中国农业大学杜章留副教授、任图生教授、李保国教授、刘克思副教授，中国科学院南京土壤研究所赵柄梓研究员，中国科学院沈阳应用生态研究所何红波研究员、张旭东研究员、梁超研究员，北京市农林科学院魏丹研究员等都参与了本研究的工作。本研究得到国家自然科学基金（42377305）和现代农业产业技术体系（CARS-23-B15）等项目的资助。
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