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南京土壤所在黑土有機質活性庫演變規律與驅動機制研究取得進展

2022-11-24 分享到：

溶解性有機質是土壤有機質中活性最強的功能組分，影響著土壤穩定碳庫的形成和生物地球化學過程以及土壤對氣候變化的響應和反饋。生態系統中土壤溶解性有機質含量和輸出通量已有較多報道，但是其形成與轉化機制仍待深入揭示。東北黑土素以高有機質著稱，但處于不斷衰減狀態，呈現含量和活性“雙下降”。

南京土壤所研究員丁維新團隊以百年尺度耕種時間系列黑土農田為研究對象，探究了溶解性有機質含量和質量的演變規律及驅動機制。研究發現，隨耕種年限增加，黑土溶解性有機質與有機質總量同步下降，但是生物可利用性與含量呈負指數關系。光譜分析表明，復雜大分子化合物減少及小分子芳香物質和類蛋白組分增加，是溶解性有機質生物可利用性提高的主要原因。雖然土壤有機質是溶解性有機質的主要來源，但是二者在組分構成上存在解耦關系。土壤氧氣有效性驅動著溶解性有機質的組成和可利用性。隨著土壤氧氣有效性提高，誘發三類反應：一是氧化酶活性增強催化高分子腐殖物質分解為小分子芳香類組分；二是碳氮水解酶計量比降低促進類蛋白組分的生成；三是二價鐵氧化為三價鐵促使溶解性有機質中的復雜聚合物沉淀析出。由此，在黑土有機質含量降低過程中，氧氣有效性增加提升了溶解性有機質的生物有效性，加快了活性碳庫的轉化與損失。這一發現加深了對黑土有機質衰減機制和生產力下降的認知，并為農田碳管理和土壤碳機理模型改進提供理論依據。

相關研究成果發表在Global Change Biology上，博士生黎燁為第一作者，陳增明副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金重點項目、中科院“黑土糧倉”先導專項、中國科協青托工程和中科院青年創新促進會等資助。

論文鏈接

氧氣誘導的溶解性有機質量質動態及其主要機制概念圖