東北地理所在長期糞肥和化肥配施提升土壤團聚體穩(wěn)定性方面取得進展
土壤團聚體在固碳和有機碳（SOC）保護中起著關(guān)鍵作用，其穩(wěn)定性對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。胡敏酸（HA）作為土壤中主要的有機膠結(jié)物質(zhì)，可以顯著影響土壤肥力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。然而，關(guān)于長期施肥如何通過改變土壤團聚體水平HA的特性，以影響土壤固碳和團聚體穩(wěn)定性的理解仍不明晰。
東北地理所黑土保護與利用學(xué)科組研究人員利用化肥配施不同量糞肥的長期定位試驗，探究了0-20 cm和20-40 cm層土壤團聚體的穩(wěn)定性和固碳能力，并表征了團聚體中HA的熒光和官能團等結(jié)構(gòu)性質(zhì)，旨在深入了解長期施肥通過團聚體HA特性提升團聚體穩(wěn)定性的過程機制。
研究發(fā)現(xiàn)，隨糞肥施加量的提升，2–0.25 mm 團聚體表現(xiàn)出最突出的固碳能力，其SOC的增速是>2 mm和<0.25 mm團聚體的1.25-2.64倍。另外，長期施肥主要促進了>0.25 mm團聚體中HA的類蛋白質(zhì)組分向類腐殖質(zhì)組分轉(zhuǎn)化，并提高其芳香性和分子量（圖1）。二維紅外相關(guān)光譜進一步揭示了糞肥的添加后，20–40 cm土層中>0.053 mm團聚體中HA的羧基優(yōu)先做出響應(yīng)，而其余HA中的多糖優(yōu)先發(fā)揮作用。線性擬合模型和偏向最小二乘法路徑分析發(fā)現(xiàn)，HA的熒光組成主要通過影響0-20 cm土層團聚體的碳固存能力，間接影響團聚體的穩(wěn)定性；而HA官能團的變化直接影響了20-40 cm土層團聚體的穩(wěn)定性（圖2）。研究結(jié)果可以為長期施肥管理下的黑土碳封存提供科學(xué)依據(jù)。
圖1. 糞肥配施化肥下土壤團聚體中胡敏酸（HA）的熒光特征變化，基于三維熒光耦合平行因子分析（EEM-PARAFAC）識別到的三種共有熒光組分（a）及各組分的相對強度（b）
圖2. 糞肥配施化肥下土壤團聚體的平均重量直徑（MWD）與其衍生的HA不同性質(zhì)間的線性回歸圖
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國際期刊Agriculture Ecosystems & Environment（中國科學(xué)院一區(qū)Top）上。黑土保護與利用學(xué)科組特別研究助理朱園辰為論文第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500100）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項A類（XDA28070100）、財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-04）和中國科學(xué)院區(qū)域發(fā)展青年學(xué)者項目（2022-027）共同資助。
論文信息：Zhu Yuanchen,Zhang Min,Han Xiaozeng,Lu Xinchun,Chen Xu,Feng Haoliang,Wu Zhimin,Liu Chunzhu,Yan Jun,Zou Wenxiu. Evaluation of the soil aggregate stability under long term manure and chemical fertilizer applications: Insights from organic carbon and humic acid structure in aggregates. Agriculture,Ecosystems & Environment,2024,376,109217.
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