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 Biochemistry
IF：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潜力的关键瓶颈。
图1:摘要图
科学问题
(1) 高在盐渍化土壤中，秸秆还田如何同时影响土壤有机碳（SOC）和无机碳（SIC）的动态，目前尚不清楚，尤其缺乏对盐化土与苏打土两种胁迫类型下碳源区分和团聚体尺度效应的认识。本研究旨在回答：秸秆添加后，来自秸秆、SOC和SIC的CO₂排放分别如何变化？微生物激发效应在两种土壤中为何方向相反——盐化土促进秸秆分解但抑制SOC矿化，而苏打土则强烈激发原生SOC损失。同时，团聚体结构如何通过物理保护和微生物可及性调控这一过程。
(2) 尽管存在碳损失，秸秆碳是否仍能通过微生物同化和碳酸盐沉淀实现净固存。结果表明，盐化土依赖较高的微生物活性将秸秆碳优先转化为微生物生物量（贡献新SOC的>74%），而苏打土因团聚体分散和微生物氮限制，放大了SOC矿化，并导致微团聚体中SIC溶解贡献超过总CO₂排放的60%。
实验设计
研究采用中国河北地区的表层土壤，以及中国吉林省索洛内茨地区的碱性土壤。本研究以盐土和碱土为对象，采用13C 标记秸秆开展 90 天培养试验，一组不添加 13C 标记秸秆，另一组添加 13C 标记秸秆，每组每个土壤样本设 16 个重复；其中 4 个用于通过气体采样定期测定土壤呼吸作用；12 个用于培养期间进行破坏性采样。
结果分析
结果一：
秸秆、土壤有机碳与无机碳对土壤CO₂排放的贡献具有差异。本部分基于90天13C秸秆培养试验，对比了盐土与碱土全土、大团聚体、微团聚体中三类碳源释放CO₂的特征。添加秸秆后，盐土全土与大团聚体秸秆源CO₂释放速率、累积排放量均显著高于碱土，秸秆碳对总碳排放贡献超50%；但碱土微团聚体内秸秆源CO₂累积排放量比盐土高出53.5%。秸秆配施条件下，碱土全土有机碳分解产生的CO₂总量较盐土提升12%，有机碳对总排放贡献同步上升14.8%。大团聚体层面盐土优势明显，其有机、无机碳源CO₂累积排放量分别比碱土大团聚体高36.2%、35.8%；微团聚体则呈现完全相反规律。无秸秆处理土壤中，有机碳、无机碳CO₂排放规律与秸秆源碳排放趋势保持一致，充分证明盐、碱胁迫通过改变土壤团聚体结构，差异化调控秸秆、原生有机碳、无机碳酸盐的分解释碳过程。
图2.在盐渍和碱化土壤中添加秸秆后的累积CO2排放量，即大团聚体和微团聚体
结果二：
秸秆输入下土壤有机碳激发效应与无机碳溶蚀的盐碱具有差异。试验培养前30天短期阶段，盐土全土土壤有机碳累积激发效应比碱土高出47.9%；但90天培养结束后，盐土全土总激发效应仅为碱土的1/8.4，长期原生有机质损耗程度远低于碱土。两类土壤中秸秆诱导的无机碳溶蚀量平均达到有机碳激发碳损失的3.5倍，饼图数据显示无机碳释放占秸秆总诱导碳排放的60%以上，是碳流失的核心来源。团聚体尺度呈现明显分异：盐土大、微团聚体均表现出更强的有机碳激发效应，而碱土的大团聚体、微团聚体秸秆驱动无机碳酸盐溶蚀总量更高，充分说明盐、碱胁迫会通过团聚体结构差异，双向调控有机碳矿化与无机碳溶出两大碳损失路径。
图3.土壤有机碳和秸秆的累积引发效应(PE)在盐碱土组分，即大团聚体、大团聚体和微团聚体中诱导碳化硅的溶解。
结果三：
盐碱土秸秆调控下土壤胞外酶与微生物群落PLFA特征差异。本研究检测碳、氮、磷循环相关胞外酶活性与磷脂脂肪酸（PLFA）微生物指标，揭示盐土、碱土微生物代谢与秸秆碳同化的分异规律。全程培养周期内，添加秸秆的盐土碳循环酶活性始终更高，全土中BG、CB、XYL碳降解酶活性分别是碱土的2.8、2.3、1.9倍，氮磷相关酶活性也显著提升。各团聚体尺度下盐土总PLFA总量远高于碱土，革兰氏阴阳细菌、真菌生物量同步更高，证明盐环境更利于微生物增殖。全土层面盐土微生物（尤其是革兰氏阴性菌、真菌）对秸秆碳同化能力显著优于碱土；但微团聚体内规律反转，碱土微团聚体总微生物与革兰氏阳性菌秸秆碳同化量更高，真菌同化能力下降，说明盐、碱胁迫造成微生物生态位分化，盐土依靠真菌、阴性菌分解秸秆，碱土微团聚体内阳性菌成为秸秆碳主要利用者。
图4.培养5天、30天和90天后，在盐碱土壤中添加秸秆的土壤酶活性，即大团聚体、大团聚体和微团聚体。
图5.在盐渍和碱化土壤中添加秸秆后培养结束时的磷脂脂肪酸(PLFA)和秸秆来源的PLFA。
结果四：
秸秆碳在盐、碱土壤及不同团聚体中的固存特征。试验结果显示盐土对秸秆源碳的固持能力整体优于碱土，盐土全土中新形成的秸秆源有机碳含量较碱土显著提升41.5%；团聚体尺度上二者呈现分化规律，盐土大团聚体内秸秆源有机碳比碱土高出50%，微团聚体则相反。而秸秆诱导生成的无机碳含量表现出统一规律，无论全土、大团聚体还是微团聚体，盐土秸秆源无机碳储量均显著高于碱土。综合来看，盐土胶体絮凝的良好结构更利于秸秆碳向土壤有机碳、无机碳库固定，碱土黏土分散破坏团聚体稳定性，大幅削弱了土壤对秸秆源碳的长期固存潜力。
图6.盐碱土培养结束时秸秆来源的土壤有机碳(SOC)和土壤无机碳(SIC)。
结果五：
微生物活性与团聚体结构共同调控盐碱土秸秆碳转化过程相关性与随机森林模型结果表明，碳氮磷循环酶活性、各类微生物PLFA生物量越高，秸秆碳分解释放的CO₂越多；秸秆与原生有机碳矿化产生的CO₂又会进一步驱动无机碳酸盐溶蚀。微生物指标是有机碳激发效应的核心影响因子，秸秆源CO₂则主导无机碳溶蚀过程，微生物同化秸秆碳是土壤有机碳固存的关键途径。电镜结果直观展示结构差异：盐土大、微团聚体结构完整紧实，碱土黏土高度分散，团聚体破碎瓦解。由此可见，微生物代谢活力与土壤团聚体完整度，共同形成两套差异化机制，分别调控盐碱土有机碳固存与无机碳流失过程。
图7. 土壤碳循环与环境因子的关系。
图8.盐碱(A)和苏打(B)土壤和团聚体的扫描电子显微镜图像。
结论
本研究表明，盐土与碱土在秸秆还田后呈现截然不同的碳转化与固存机制。盐土完整稳定的团聚体结构与更高的酶活性、微生物生物量，可高效分解秸秆碳并通过微生物同化作用提升土壤有机碳固存量，同时促进碳酸盐沉淀，实现土壤碳积累。而碱土高pH与钠离子胁迫引发黏土分散、团聚体破碎，加剧微生物氮限制，诱发强烈的土壤有机碳激发效应，同时革兰氏阳性菌代谢作用会加速无机碳溶蚀，造成双重碳损失。盐碱土团聚体尺度碳周转规律完全相反，盐土大团聚体、碱土微团聚体固碳优势显著。