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原名:Persistent soil carbon enhanced in Mollisols by well-managed grasslands but not annual grain or dairy forage cropping systems译名:管理良好的草地而不是一年生谷物或饲草种植系统增加了黑沃土中的持久性碳期刊:Proceedings of the National Academy of SciencesIF:12.779发表时间:2022.2第一作者:芮亦超摘要在草地上进行的集约化作物生产已经向大气释放了大量的碳(C)。无论是最大限度地减少土壤扰动、多样化的作物轮作、或重建多年生草原和整合牲畜是否可以减缓或扭转这一趋势仍然是高度不确定的。本研究在美国中北部通过田间试验调查了有机碳的积累、以及颗粒(POM)和矿物相关(MAOM)有机质的分布,并评估了微生物性状与这些变化的关系。结果表明,将豆科植物或粪肥添加到一年生种植系统中提高乐POM-C、微生物生物量和微生物碳利用效率,但没有显著增加微生物残体积累,以及MAOM-C或总SOC的存储。多样化、循环放牧的牧场管理有可能增加土壤中持久性碳,突出了管理良好的草原在智能型农业中的关键作用。研究背景过去150年,现代农业耗尽了世界上许多耕地的土壤有机碳 (SOC) 。在农业土壤中建立土壤有机质 (SOM) 对于我们抵抗...
发布时间: 2023 - 05 - 25
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发布时间: 2021 - 08 - 20
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标题:Soil carbon persistence governed by plant input and mineral protection at regional and global scales论文id:https://doi.org/10.1111/ele.13723 原名:Soil carbon persistence governed by plant input and mineral protection at regional and global scales译名:区域和全球尺度上土壤碳持久性受植物输入和矿物保护影响期刊:Ecology LettersIF:8.665发表时间:2021.03.11第一作者:陈蕾伊通讯作者:杨元合主要单位:中国科学院植物研究所摘要阐明影响土壤有机质(SOM)持久性的潜在过程是预测土壤碳-气候反馈的前提。然而,大地理尺度上植物碳(C)输入调控多层土壤SOM存留的潜在作用仍然不清晰。基于在青藏高原开展的大尺度土壤放射性碳(Δ14C)测定,我们发现尽管表土层Δ14C与气候、矿物性质和SOM化学组成有重要的联系,植物C输入是造成表层土壤C不稳定的主要贡献者。与之相反,铁铝氧化物和阳离子的矿物保护在深层土壤SOM留存中更为重要。这些区域性的观测结果得到了全球土壤放射性碳数据库(ISRaD)的全球整合结果的证实。我们的研究结果阐明了植物C输入对不同土壤层SOM持久性的差异化影响,为模型更好地预测变化环境下多层土壤的C动态提供了新见解。研究背景土壤是陆地生物圈中最大的碳储量,在全球碳循环中具有举足轻重的地位。土壤碳的微小损失也可能强烈地影响大气二氧化碳(CO2)浓度,并触发对气候变暖的潜在正反馈。由于对土壤SOM的稳定和不稳定机制认识不足,有关土壤C命运的预测模型仍然存在很大不确定性。曾有报道表示地球系统模型高估了土壤C周转率超过6倍,部分原因是这些模型缺乏对SOM稳定机制的完整描述。因此,要准确预测土壤C动态及其对气候变暖的潜在反馈,就必须深入了解大地理尺度上SOM持久存在的潜在机制。放射性碳(14C)是研究不同时间尺度碳动力学的有效工具。土壤放射性碳含量已被广泛认可用以表征SOM持久性。基于14C,先前的研究已经提出了影响SOM稳定或不稳定的多种因素。其中,气候通常被视为一个重要的调控因素,例如,冻结温度和水淹条件有助于SOM的长期储存。除了气候调节外,由于SOM内在的化学顽抗性,SOM性质也可以通过选择性保护来调节土壤C动态,并且矿物-有机复合体的形成能抑制SOM分解。此外,以凋落物和根际沉积物形式的植...
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发布时间: 2021 - 08 - 20
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标题:Permafrost nitrogen status and its determinants on the Tibetan Plateau论文id:https://doi.org/10.1111/gcb.15205原名:Permafrost nitrogen status and its determinants on the Tibetan Plateau译名:青藏高原多年冻土氮素状况及其决定因素期刊:Global Change BiologyIF:10.863(2020)发表时间:2020年6月7日第一作者: Chao Mao通讯作者:杨元和主要单位:中国科学院大学,中国科学院植物研究所摘要:It had been suggested that permafrost thaw could promote frozen nitrogen (N) release and modify microbial N transformation rates, which might alter soil N availability and then regulate ecosystem functions. However, the current understanding of this issue is confined to limited observations in the Arctic permafrost region, without any systematic measurements in other permafrost regions. Based on a large-scale field investigation along a 1,000 km transect and a laboratory incubation experiment with a 15N pool dilution approach, this study provides the comprehensive evaluation of the permafrost N status, including the available N content and related N transformation rates, across the Tibetan alpine permafrost region. In contrast to the prevailing view, our results showed that the Tibet...
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发布时间: 2021 - 08 - 20
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标题:Global meta-analysis shows pervasive phosphorus limitation of aboveground plant production in natural terrestrial ecosystems 论文id:10.1038/s41467-020-14492-w原名:Soil carbon persistence governed by plant input and mineral protection at regional and global scales译名:自然陆地生态系统地上植物生产力普遍受到磷限制期刊:Nature CommunicationsIF:12.212发表时间:2020.01.30第一作者:侯恩庆通讯作者:侯恩庆,温达志主要单位:中国科学院华南植物源   摘要:热带地区地上植物生产普遍被认为受到P限制,而其他地区P限制则很少发生。本研究发现磷限制可能是更加广泛的存在及其强度可能比以往预测的更强。Meta分析结果显示在652个施磷野外试验中,近半数研究(46.2%)表明P显著地限制了植物地上部分生产力。在全球范围内,P添加使陆地生态系统地上植物产量增加了34.9%,比之前预测的增加了7.0 ~ 15.9%。相比之下,在农田中,添加P仅使地上植物产量增加了13.9%,这可能是由于历史施肥所致。不同气候带和地区对磷的限制程度也不同,并受气候、生态系统特性和施肥制度的影响。除证实热带地区普遍存在P限制外,我们的研究还表明其他地区也通常存在磷限制,表明了以往的研究低估了改变磷供应对陆地生态系统地上植物生产的重要性。研究背景:陆地地上植物生产力受到养分限制已被广泛承认。在陆地生态系统中,氮被认为是最重要的限制养分,而P尽管也是重要的限制养分,但其主要发生在风化作用强烈的热带低海拔地区。然而目前更多的研究发现P限制可以发生在苔原地区、温带风化作用强烈地区,这些发现对上述观点提出了挑战。目前为止,对于P在怎样的条件下限制陆地地上植物生产的认识人不清楚。因此,在耦合模型相互比较项目(CMIP5)第五阶段的数十个模型中,没有一个代表陆地磷生物地球化学,这导致了21世纪陆地碳汇强度的估算存在很大的不确定性。本文报道了陆地生态系统地上植物产量的分布、大小和驱动因素。为此,我们使用了一个收录了从1955年至2017年发表的285篇论文汇编而成的652个P添加原位实验数据的全球数据库。该数据库涵盖了所有陆地生态系统的主要类型,包括自然陆地生态系统(436个森林、草原、苔原或湿地实...
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发布时间: 2021 - 08 - 20
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论文ID:英文名:Organo–organic and organo–mineral interfaces in soil at the nanometer scale译名:纳米尺度下土壤有机-有机和有机-矿物界面期刊:Nature communicationsIF: 14.919发表时间:2020.11.30第一作者:Angela R. Possinger通讯作者:Johannes Lehmann主要单位: 康奈尔大学摘要:土壤碳(C)库的能力大小是由有机质和矿物相之间的相互作用介导的。然而,以往研究提出的有机质在团聚体有机矿物微结构内的层状积累尚未得到必要的纳米尺度空间分辨率的直接可视化证据。与以往研究报道的C官能团有序梯度不同,本研究识别了无序的微米大小的有机相。利用低温电子显微镜和电子能量损失光谱(EELS),我们比较了有机-有机界面和有机-矿物界面的差别。在有机界面上检测到个位纳米尺度的C形成层,显示烷基C和氮(N)富集(分别为4和7%)。在有机-矿物界面,N和氧化C的富集率分别为88%(72 ~92%)和33%(16 ~53%),显示出与有机-有机界面不同的稳定过程。然而,两种界面类型的N富集表明,富N残基促进更高的SOC吸存。研究背景:土壤有机碳(SOC)在全球碳循环中是一个关键的储层,这强调了理解土壤有机质(SOM)持久性的过程的重要性,从全球(如气候)到非常精细的尺度(如有机矿物表面相互作用)。提高对土壤有机质持久性驱动因素认识,包括土壤有机质保护机制,有助于更好地预测全球环境变化下土壤碳库的变化。SOM和矿物相的相互作用导致较低的微生物可达性和可分解性,这被认为是SOM稳定的主要过程。在土壤微团聚体和孔隙结构尺度上,土壤有机质、土壤物理结构和微生物分布的空间和化学异质性得到了较好的研究(图1a)。与微团聚尺度的异质性相比,微米级有机矿物组合的SOM成像和光谱显示SOM具有不同的组分构成,相对均匀、有序的层,且在更小的微米空间尺度上,OM组成与矿物表面的距离有明显的关系(图1b)。以前使用的成像和光谱技术的分辨率(30~50 nm)可能过于粗糙,无法分辨或描述嵌入有机矿物组合中的OM组分之间的界面(图1b)。在相关纳米尺度上,自然土壤样品有机-有机和有机-矿物界面化学组成还没有被直接可视化或描述。SOM与半结晶活性铁(Fe)和铝(Al)矿物表面之间的关联被认为有助于在广泛变化的土壤类型中长期保持和积累SOM。铁铝矿物有机复合体的形成与活性铁铝与氧化官能团和含氮生物分子的优先反应有关。然而,考虑到OM分布的亚微米空间尺度及其化...
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发布时间: 2021 - 08 - 20
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原名:Absorptive and transport roots differ in terms of their impacts on rhizosphere soil carbon storage and stability in alpine forests译名:高寒森林吸收根和运输根差异化调控根际土壤碳储量和稳定性期刊:Soil Biology and BiochemistryIF: 7.609发表时间:2021.08.10第一作者:汪其同通讯作者:尹华军主要单位:中国科学院成都生物研究所摘要:根据木本植物细根形态、生理和功能特征的内在差异,可将其分为吸收根和运输根两个功能模块。不同功能模块的根系对土壤生物地球化学过程的潜在生态效应已被广泛认识。然而,由这两个根系功能模块驱动的根际土壤碳储量的大小以及碳稳定机制尚不清楚。在本研究中,我们量化了云杉人工林矿质层(0-15cm)吸收根和运输根根际土壤有机碳含量和组分,进一步通过数值模型估算了两个根系功能模块不同根际范围土壤C储量。同时,通过分析根际土壤有机碳化学特征和金属-有机复合体特征,区分两个根系功能模块对根际土壤有机碳稳定性的差异化影响。结果表明,吸收根根际土壤有机碳含量比运输根根际高15.7%,这主要是由于吸收根根际土壤有机碳的稳定性(化学抗性和金属-有机键)更强。数值模型分析表明,吸收根根际有机碳库(0.27 ~ 2.7 kg C/m2)是运输根根际(0.18 ~ 1.36 kg C/m2)的2倍。在根际1 mm范围,吸收根根际土壤有机碳储量对根际土壤有机碳总储量的贡献(63.5%)远高于运输根根际(36.5%)。上述结果表明,吸收根在高寒针叶林根际土壤碳中发挥主导作用。本研究强调基于功能的细根分类与根际土壤碳储量结合运用于陆地表面土壤碳循环模型中具有重要意义,可为准确预测高寒针叶林生态系统土壤碳动态提供科学依据。研究背景:土壤有机碳(SOC)的形成、稳定和周转等动态变化过程已经成为当前生态学和土壤学领域亟需解决的核心科学问题之一。根系在调控土壤碳动态中的重要作用已经得到广泛认可,并在很大程度上取决于根系功能属性特征。具体而言,作为一个高度复杂且功能异质的分支系统,根系生理代谢活性在吸收根和运输根之间具有明显差异,从而导致根际SOC固存和稳定性在不同根系功能模块间呈现出高度的异质性特征。但是,现有的根际模型和实验研究大多将根际区简单视为一个均一体,很少考虑根系生命活动诱导的根际土壤碳动态在根系功能属性分化上的变异,极大地限制了在细微尺度上对森林生态系统土壤碳固存和稳定性机制的全面认识与理...
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