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青藏高寒草甸氮磷供应调控土壤有机碳的稳定性

日期: 2024-11-14
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草原土壤储存有439 Gt有机碳(SOC),在调节区域乃至全球气候变化进程中起着重要作用。然而,全球气候变化背景下,大气氮沉降的“施肥效应”强烈地影响着土壤碳储存。因此,明确高寒草甸SOC组分对氮、磷富集的响应和潜在机制至关重要。


西南民族大学高寒湿地生态保护研究创新团队马文明副研究员课题组依托青藏高原生态保护与畜牧业高科技研究示范基地和四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站以红原高寒草甸为研究对象进行了长期氮磷添加实验。采取随机区组用尿素(CO(NH2)2)和过磷酸钙(Ca(H2PO4)2·H2O)设计7个施肥梯度,氮肥施尿素(46.65%N),磷肥施过磷酸钙(16%P2O5),施肥梯度分别为(0g尿素+0g过磷酸钙)/m2(CK)、(10g尿素)/m2(N10)、(30g尿素)/m2(N30)、(10g过磷酸钙)/m2(P10)、(30g过磷酸钙)/m2(P30)(5g尿素+5g过磷酸钙)/m2(NP10)、(15g尿素+15g过磷酸钙)/m2(NP30)。研究发现,氮和磷添加导致 SOC含量增加19.95%–36.66%;在相同施肥条件下,SOC含量随着施肥梯度的增加而增加,在N30处理下达到最高;N和P添加促进了脂肪族碳和芳香族碳的富集;与其他处理相比,NP30处理下SOC的稳定性最高,而P10处理下SOC的稳定性最低。表明N和P添加促进了不稳定碳的损失和稳定碳的富集,从而提高了SOC的稳定性,促进了高寒草甸SOC的封存。总体而言,氮磷添加改变了高寒草甸土壤有机碳的理化性质以及SOC的官能团组成,进而促进了SOC积累。因此,在退化的生态系统中添加氮和磷可能是改善土壤碳固存的有效措施。


该项研究近期以题为Nitrogen and phosphorus supply controls stability of soil organic carbon in alpine meadow of the Qinghai-Tibetan Plateau发表在生态学领域一区期刊Agriculture Ecosystems & Environment上(IF=6.576)。该研究得到了国家自然科学基金(No. 31600378和U20A2008)、西南民族大学青藏高原研究科技创新团队(2024CXTD10)建设项目、西南民族大学“双一流”建设项目(No. CX2023030)和中央高校优秀学生培养工程项目(2023NYXXS099)等项目资助。

青藏高寒草甸氮磷供应调控土壤有机碳的稳定性

Fig. 2. The effects of N and P addition on soil water content (SWC) and bulk density (BD). Note: Different lowercase letters indicate significant differences between the different nitrogen and phosphorus addition treatment, respectively, at the P < 0.05 level.



青藏高寒草甸氮磷供应调控土壤有机碳的稳定性

Fig. 3. The effects of N and P additions on soil total nutrient content in alpine grassland. Note: Box plots represent the smallest observation, lower quartile, median, upper quartile, and largest observation (n = 6). Different lowercase letters indicate significant differences between the different nitrogen and phosphorus addition treatment, respectively, at the P < 0.05 level.



青藏高寒草甸氮磷供应调控土壤有机碳的稳定性

Fig. 4. The effects of N and P additions on soil available nutrient content in alpine grassland. Note: Box plots represent the smallest observation, lower quartile, median, upper quartile, and largest observation (n = 6). Different lowercase letters indicate significant differences between the different nitrogen and phosphorus addition treatment, respectively, at the P < 0.05 level.



青藏高寒草甸氮磷供应调控土壤有机碳的稳定性

Fig. 5. Effects of nitrogen and phosphorus addition on the relative abundance of soil chemical structure of alpine grassland on QTP. Note: Values are means with 95% confidence intervals. The p-values indicate the differences among vegetation types. * indicates P < 0.05, ** indicates P < 0.01, ** indicates P < 0.001.



青藏高寒草甸氮磷供应调控土壤有机碳的稳定性

Fig. 6. The effects on SOC stability of N and P addition. Note: Values are means with 95% confidence intervals. The p-values indicate the differences among vegetation types. * indicates P < 0.05, ** indicates P < 0.01, ** indicates P < 0.001.



青藏高寒草甸氮磷供应调控土壤有机碳的稳定性

Fig. 7. The effects of soil properties on soil carbon chemical structure stability as estimated using the structural equation model. Panel (left), the numbers in blocks are the variance explained by the model (R2), and the numbers on arrows are standardized direct path coefficients. Red and blue arrows indicate positive and negative effects, respectively. The total effects of environmental factors on soil carbon chemical structure stability are presented in Panel (right).

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    2026 - 08 - 17
    文献信息:原名:Coupled mineral and microbial carbon pumps govern soil organic carbon accumulation in croplands.译名:微生物-矿物双碳泵耦合调控大尺度农田土壤有机碳积累。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:12.2发表日期:2026年6月29日第一作者:戴闪闪 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土保护与利用重点实验室(李禄军课题组)。 背景:土壤有机碳(SOC)在广阔地理区域内表现出显著的空间变异性,这主要源于气候、土壤特性及土地管理方式之间的相互作用。在农田中,SOC的积累还受到作物种植体系和残茬管理的影响,但多种碳库与碳源中SOC形成的整体规律及其机制驱动因素仍不明确。东北黑土是我国核心粮食产区,长期耕作、秸秆移除导致SOC持续下降;南北跨度690 km黑土样带存在显著温度梯度、多样种植体系(连作大豆、玉豆轮作、连作玉米),是解析大尺度农田固碳机制的天然试验平台。科学问题:(1)揭示区域温度梯度下不同种植制度农田中木质素植物碳、微生物残体碳、POC、MAOC的空间分布特征,解析年均温升高对各碳库储量的影响规律;(2)区分微生物残体与MAOC两类核心SOC组分的主控驱动因子,量化微生物特性、有机质化学难降解性、矿物保护三者对碳组分积累的贡献占比;(3)阐明MAOC完整形成路径,厘清微生物碳泵与矿物碳泵耦合调控农田SOC 长期固存的内在机制,明确二者的主导作用;(4)筛选可同步促进微生物残体生成、增强矿物固碳能力的农艺措施,为升温背景下农田SOC高效封存提供理论支撑。 材料与方法:(1)研究区域为中国东北南北跨度690km的黑土样带,北纬42°55′ ~ 49°8′,西经124°10′ ~ 12...
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    2026 - 07 - 30
    文献信息:原名:Green manure intercropping increases soil microbial necromass and lignin contents under reduced nitrogen fertilization in maize production.译名:在玉米生产中减施氮肥条件下,绿肥间作增加土壤微生物残体和木质素含量。期刊:Soil & Tillage ResearchIF:8.4发表日期:2026.5第一作者:许晓慧 甘肃农业大学农学院旱地作物科学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院(柴强课题组)。背景:氮肥是保障玉米高产的重要投入,但作物对氮的吸收是一个持续过程,而农业施肥通常集中在少数时间节点。施入土壤的氮不能被作物及时吸收时,就可能通过硝态氮淋失、氨挥发和反硝化等途径损失,既降低氮肥利用效率,也带来水体和大气环境问题。降低氮肥用量是农业绿色发展的重要方向,但直接减氮可能产生两个问题:一是玉米产量和根系生物量下降,使进入土壤的植物源碳减少;二是土壤氮供应不足会增强微生物氮限制,微生物为了获得氮,可能转而分解土壤中含氮较多的微生物残体,使原本相对稳定的土壤有机碳重新矿化。玉米间作速生豆科/非豆科绿肥可利用豆科固氮、绿肥吸收土壤无机氮并以有机质归还土壤,优化土壤氮循环、提升土壤有机质与微生物活性。微生物残体碳(MNC)是稳定土壤有机碳的核心组分,木质素为植物源稳定有机质;土壤氮有效性直接调控微生物残体生成与分解。但绿肥间作协同减氮条件下,土壤微生物残体碳、木质素累积与氮素供需平衡的耦合机制尚不清晰。科学问题:(1)减氮25%是否会造成玉米减产和土壤碳、氮储量下降?(2)减氮造成的土壤有机碳损失来自哪里?(3)绿肥间作能否缓冲减氮的不利影响?材料与方法:(1)长期定位试验于2017年开始,位于甘肃农业大学绿洲农业试验站(...
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    2026 - 07 - 21
    文献信息原名:Organic and inorganic carbon losses in straw amended saline and sodic soils.译名:秸秆改良盐碱土和钠盐土中的有机与无机碳损失。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:12.2发表日期:2026年5月16日第一作者:陈猛猛 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室。背景土壤是陆地生态系统最大的碳库,其碳储量是大气和植被的2-3倍,但现有研究长期聚焦土壤有机碳(SOC)动态,严重忽视了土壤无机碳(SIC)的关键作用——全球表层2米土壤中SIC储量达230.5Pg C,主要分布在干旱、半干旱及滨海地区的盐碱土中。全球盐碱土面积约13.8亿公顷,占陆地总面积的10.7%,土壤盐渍化不仅通过抑制微生物活性和破坏团聚体结构威胁SOC库稳定性(预计到2100年可能导致6.8Pg SOC损失),还通过碳酸盐沉淀过程影响SIC积累,然而盐胁迫与碱胁迫下SOC与SIC动态的耦合机制仍不明确,限制了对土壤净碳平衡的准确预测。秸秆还田已被证实能使华北盐碱土SOC库增加19%,但秸秆添加会同时产生双重效应:既通过微生物分解释放秸秆源CO₂并激发原生SOC矿化,又通过产生的CO₂和有机酸加速碳酸盐溶解,有研究表明中国农田每年约有150Tg SIC以CO₂形式流失,且约27%的土壤CO₂排放源自SIC,但微生物如何介导秸秆诱导的SOC矿化与SIC溶解之间的权衡关系仍不清楚。此外,盐渍土与碱化土存在截然不同的团聚体稳定性特征(盐渍土胶体絮凝、碱化土胶体分散),土壤团聚体通过物理保护碳和调控微生物生境影响碳循环,但碱化胁迫导致的结构破坏如何改变碳加工“热点”的空间分布,进而在团聚体尺度上加速SIC溶解的机制尚未被量化,这成为准确评估盐碱土秸秆还田固碳...
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    2026 - 07 - 21
    文献信息原名:Rhizosphere – detritusphere interactions stabilize soil carbon depending on plant litter traits.译名:根际-凋落物际的相互作用稳定土壤碳取决于植物凋落物的特性。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:10.3发表日期:2025年7月第一作者:万兵兵 南京农业大学土壤生态实验室(胡锋课题组)背景传统观点认为植物凋落物是土壤有机碳(SOC)的主要来源,但其对碳稳定性的影响存在矛盾:低质凋落物(高C:N)通常形成更多颗粒有机碳(POC),而高质凋落物(低C:N)促进矿物结合态有机碳(MAOC)。同时根际作为微生物活动热点,可能通过微生物代谢来进行调控碳分配。然而根际与碎屑圈(凋落物分解区)的交互作用对SOC稳定性的影响机制尚不明确。图1:植物凋落物质量对根际土壤有机碳稳定性的影响机制。科学问题(1) 高质量的凋落物输入会通过增加根部可用养分,从而降低根际微生物的生物量和活性,进而产生弱根际效应。反之,低质量的凋落物输入会增加根际微生物活动,从而增加根部可用养分的供应,进而增强根际效应。(2) 相较于高质量凋落物,低质量凋落物诱导的根际微生物高代谢率会增加根际层的MAOC的形成。材料与方法(1) 田间试验设计:添加6种不同质量凋落物(紫花苜蓿、麦草、玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣),覆盖C:N比梯度(18-152)。设置根际(紧贴根系土壤)与碎屑圈(无根土壤)对比组。(2) 指标测定:碳组分:POC(53μm)与MAOC(微生物特性:PLFA分析生物量、酶活性(β-葡萄糖苷酶BG、N-乙酰葡糖胺酶NAG)。根系性状:比根长(SRL)、根组织密度(RTD)。结果分析结果一:与无凋落物添加的对照处理相比,凋落物输入使凋落物际的SOC含量平均增...
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案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
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