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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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    土壤氨基糖是指一类含有氨基和羟基的糖类化合物,主要来源于微生物细胞壁的残留以及微生物代谢产物。它们是土壤有机质的重要组成部分,具有较高的稳定性和微生物异源性,在土壤中能够长期保存。土壤氨基糖不仅是评估微生物对土壤有机碳、氮贡献的重要指标,还能通过不同组分的比值反映微生物群落组成的变化。常见的土壤氨基糖包括氨基葡萄糖、氨基半乳糖、氨基甘露糖和胞壁酸等,它们在土壤生态系统的物质循环和结构稳定中发挥着关键作用。土壤氨基糖来源:微生物合成:大部分来源于微生物残体(真菌/细菌生物量)植物输入:少量来自植物根系分泌物有机质转化:腐殖质结合态氨基糖(与铁铝氧化物共沉淀)实验方法气相色串联质谱01称取约0.5~1.0g的土样于水解管中,沿管壁加入5 mL 6 mol/L盐酸,用氮气置换水解管中空气2min后密封。在烘箱中105℃放置8h水解。02待水解液冷却至室温后,加入250μg肌醇。涡旋仪震荡30s混匀。取水解液于5mL离心管中,于8000rpm离心1min。取上清液1mL于50mL离心管中用氮气于吹干。用20mL纯水溶解残渣。用0.4mol/LKOH 0.01mol/LHCL调节pH至6.6~6.8。离心管以4000rpm离心10min,转移出上清液于100mL茄型瓶中,于65℃,25rpm旋转蒸发至干。再加入10mL无水甲醇溶解瓶中残渣。后转移至另一50mL离心管。氮吹至5mL左右,涡旋溶解管壁有机物后,以4000rpm离心10min,除盐。再将上清液转移到5mL衍生瓶中吹干。并加入100μg戊五醇1mL水,冻干。03 标准样品制备:同时准备3个标准样品。另取衍生瓶中加入100μL混标(1mg/mL的氨基葡萄糖、氨基半乳糖、0.5mg/mL氨基甘露糖,0.25mg/mL胞壁酸),50μg肌醇,100μg戊五醇,轻轻摇匀后,与样品衍生瓶一起冻干。04衍生:a) 向吹干的样品...
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    文献解读原名:Soil carbon accrual and crop production enhanced by sustainable subsoil management.译名:可持续性底土管理促进土壤碳积累与作物产量提升。期刊:Nature GeoscienceIF:16.1发表日期:2025.7第一作者:阚正荣 南京农业大学https://doi.org/10.1038/s41561-025-01720-501背景传统保护性农业(如免耕和秸秆覆盖)虽能减少水土侵蚀,但在稻田系统中存在显著局限。免耕虽然增加了表层有机碳,但下层土壤碳储量下降,整体固碳潜力低,并且稻田厌氧环境导致覆盖秸秆分解产生有毒物质(如硫化物),抑制了微生物活动及碳转化。Meta分析显示免耕导致作物平均减产5-10%,中国南方稻田尤为严重。因此,本研究提出一种秸秆集中沟埋还田技术,通过将秸秆注入底土实现土壤固碳与作物增产协同提升。02科学问题(1)评估秸秆集中沟埋还田技术(DB-SR)对土壤有机碳(SOC)及作物产量的影响;(2)阐明SOC与作物产量提升的内在机制;(3)比较DB-SR与旋耕秸秆还田(RT-SR)的技术可行性;(4)采用Meta分析全面量化DB - SR对中国区域土壤有机碳储量和作物产量的影响。03材料与方法(1)田间试验于2008年11月在江苏省沿江区农业科学研究所进行(32°13′N, 121°03′E),该地区属亚热带季风气候,年平均气温14.5℃,降水量1 057.0 mm。(2)RT-SR代表旋耕秸秆还田,DB-SR代表秸秆集中沟埋还田。RT-SR处理中,秸秆被切碎为5-10 cm段,通过旋耕机混入0-10 cm土层。DB-SR处理则需将秸秆打捆称重后,置于田垄晾晒三日,随后埋入深20 cm、宽20 cm、间距2 m的沟渠(图1a)。(3)对于RT-...
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    ——文献解读原名:Effects of DOM Chemodiversity on Microbial Diversity in Forest Soils on a Continental Scale译名:溶解性有机质化学多样性对大陆尺度森林土壤微生物多样性的影响期刊:Global Change BiologyIF:12.05发表日期:2025年3月通讯作者:王超(中国科学院沈阳应用生态所)01背景土壤溶解性有机质(DOM)是森林生态系统中碳和养分的关键储库,在碳循环和微生物群落动态中起着核心作用。然而,DOM 分子水平多样性(化学多样性)对微生物群落多样性和空间分布的影响仍知之甚少。02关键问题(1)大规模森林生态系统中土壤 DOM 组分的组成和多样性特征是什么?(2)除了已确定的因素如土壤 pH 和温度外,DOM 的多样性和分子组成能否增强对微生物群落多样性模式的解释力?03材料与方法(1)从中国东部南北样带的 11 个森林站点采集土壤样品。在每个站点从5个亚样地(20×20 m)的上层 10 cm 土壤中采集土壤样品,总共 55 份。过10目筛以去除根系和碎屑。(2)测定指标:pH、含水量、TN、SOC、TP、DOC、DON、DOM、16S rRNA测序,ITS测序。04结果(1)55 个森林土壤样品中,共鉴定出 10826 种独特的分子式。通过峰强度加权计算得出的 DOM 分子式范围为 C17.94₋18.99H16.61₋19.98N0.43-0.66O9.36-9.88S0.04-0.10。DOM 的分子量在 398 至 413 Da 之间。DOM 的平均双键当量在 9.4 至 10.8 之间,平均修正芳香性指数(AIₘₒd)在 0.38 至 0.49 之间。(2)土壤 DOM 分子多样性和丰富度沿森林样带从北到南大致呈钟形曲线分布,且在不同采样点之间...
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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。
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