028-8525-3068
新闻动态 News
News 技术交流

客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

日期: 2024-06-17
标签:
文献解读

 名:Saline-alkali land reclamation boosts topsoil carbon storage by preferentially accumulating plant-derived carbon

译 名:盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

期 刊:Science Bulletin

IF:18.9

发表日期:2024.5.18

第一作者:Lin Chen



01
摘要
客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

盐碱地是应对全球气候变化和保障粮食安全的重要耕地储备资源,部分原因是它可以储存大量的碳(C)。目前尚不清楚盐碱土地复垦(将盐碱土地转化为耕地)如何影响土壤碳储存。本研究结果表明,与盐碱地相比,盐碱地复垦显著增加了植物来源的碳积累和植物来源的碳与微生物来源的碳比率,导致植物源碳成为SOC储量的主要贡献者,POC封存和MAOC封存分别与盐碱复垦引起的植物和微生物来源的碳积累密切相关,即盐碱地复垦通过优先促进植物来源的碳积累来增加表层土壤中的碳储存量。


02
引言
客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

土壤盐碱化使全球土壤(0-30cm)SOC储量减少了3.47t ha−1。利用土壤修复技术可以有效地逆转这一现象。在农业生态系统中,微生物残体(特别是真菌残体)优先聚集土壤的POC部分。植物和微生物源碳与POC和MAOC含量之间的关系以及植物和微生物来源的碳对盐碱条件下SOC储存的贡献知之甚少。

两个公认的生物标志物(木质素酚和氨基糖)已被广泛用于估计植物衍生木质素残体和微生物残体对SOC库的贡献。因此,我们分别使用木质素酚和氨基糖作为植物和微生物残体碳的表征。本研究的目的是(i)量化盐碱土地复垦对表层土壤碳储量的影响,确定影响碳储量的关键因素;(ii)评估植物和微生物来源的碳与POC和MAOC池之间的关系,以及植物和微生物来源的碳对中国主要盐碱区SOC储存的贡献。

客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

盐碱地复垦对中国主要盐碱区表层土壤碳储量的影响示意图。每个饼图的大小与土壤有机碳(SOC)密度成正比“other”表示土壤有机碳分异过程中流失的土壤碳。箭头表示碳的分配和积累过程,每个箭头的大小反映了过程的强度。盐碱地复垦(1)对土壤无机碳(SIC)储量的影响不一致,主要是通过引起有机碳积累来增加土壤中碳的储量(2)减少植物源碳的微生物转化,导致植物源碳成为有机碳储存的主要贡献者(3)通过促进植物源碳和微生物源碳的积累,增加颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MAOC)库。


03
主要结果
客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

1. 土壤无机碳密度和有机碳密度

栽培土壤和盐碱土壤的SIC密度差异不一致。松嫩平原栽培土壤的SIC密度低于盐碱土壤,河套平原栽培土壤的SIC密度高于盐碱土壤,东部沿海和西北干旱地区的栽培土壤和盐碱土壤的SIC密度相似(图2a)。松嫩平原、东部沿海地区、河套平原和西北干旱区栽培土壤的SOC密度分别比盐碱土壤高14.51、12.64、12.50和7.65 t ha−1(均为p < 0.001;图2a)。栽培土壤对土壤总碳密度的贡献明显高于盐碱土壤(图2a)。除西北干旱地区外,其他区域栽培土壤中POC储量和MAOC储量均大于盐碱土壤(几乎所有p < 0.001;图2b)。松嫩平原和东部沿海地区的栽培土壤的POC/MAOC比值高于盐碱土壤(图2b)。

客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

图2.四个盐碱区的土壤碳储量:(a)土壤总碳(STC)、无机碳(SIC)和有机碳(SOC)密度,松嫩平原、东部沿海地区、河套平原和西北干旱地区盐碱土壤和栽培土壤(b)颗粒有机碳(POC)、矿物结合有机碳(MAOC)密度和POC/MAOC。


2.土壤碳密度与环境因子的关系

分层划分分析表明,经度和土壤改良指数分别解释了所有盐碱土壤无机碳和有机碳(特别是SOC和POC)密度的大量变化(图S3a)。土壤因素解释了盐碱土壤SOC、POC和MAOC密度变化的25.7%–40.1%(图S3b)。除西北干旱区的POC和MAOC密度外,每个盐碱区的碳密度变化比例较小,主要由气候和地理因素解释(图S4a-h)。随机森林模型表明,土壤改良指数可以很好地预测每个盐碱区的SOC、POC和MAOC密度(图S5)。


3.植物和微生物源碳积累

各地区栽培土壤中储存的植物源碳均高于盐碱土壤(差异为4.50-7.47t ha−1),除东部沿海地区土壤外,各区域栽培土壤中储存的微生物源碳高于盐碱土壤(图3a)。栽培土壤的植物源碳与微生物源碳比值高于盐碱土壤(图3a)。除西北干旱地区外,栽培土壤的肉桂基与香兰素和丁香基与香草醛的比例高于盐碱土壤,这表明栽培土壤中的木质素降解比盐碱土壤少(图3b)。而西北干旱地区的丁香酚和香叶酚的酸醛比低于西北干旱地区的盐碱土壤,表明栽培土壤的木质素氧化程度低于西北干旱地区的土壤(图3c)。将每个化合物浓度归一化为SOC含量,以反映化合物对SOC含量的相对贡献。

客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

图3.植物和微生物源C在四个盐碱区的积累。(a)植物和微生物源碳密度、植物源碳:微生物源碳,(b)肉桂基和香草基(C:V)和丁香基和香草基的(S:V)比值,(c)盐碱土壤和栽培土壤松嫩平原,东部沿海地区,河套平原和西北干旱地区丁香基和香草基的酸醛比。较高的C:V或S:V比率表明木质素降解越少,较低的酸醛比值(Ac:Als) 和(Ac:Alv) 表明木质素氧化越少。


4.植物和微生物源碳的积累与有机碳密度相关性

SOC和POC密度(p < 0.01)与所有盐碱区的植物源C指标呈显著相关(图4)。在每个盐碱区域中,POC密度与大多数植物源C(而不是微生物源C指标)之间存在显著相关性(图4)。结构方程模型表明,SOC储量与POC储量和MAOC储量也是显著相关(p<0.001),这两种储量分别与松嫩平原、河套平原和西北干旱区盐碱地复垦引起的植物和微生物源的碳积累密切相关(图5a-d)。

客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量

图4.所有盐碱区和每个盐碱区的土壤有机碳SOC)、颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MAOC)密度与植物和微生物源的碳指标之间的皮尔曼相关性。颜色表示相关系数,*和**分别表示在概率水平为0.05和0.01处的显著相关性。


客户文章(IF:18.9)|盐碱地复垦通过优先积累植物源碳来提高表层土壤碳储量


图5.将土壤碳储存与植物和微生物衍生的碳积累联系起来。结构方程模型揭示了(a) 松嫩平原、(b)东部沿海地区、(c)河套平原和(d)西北干旱地区的盐碱地开垦、植物和微生物源碳积累和有机碳储存之间的直接和间接关系。实心箭头表示显著的正相关关系,箭头的宽度与这些关系的强度成正比。箭头旁边的数字是标准化的路径系数。植物和微生物源碳的积累以相关的观察变量为特征,有机碳密度是相应的碳储存的代表。盐碱地复垦引起的变量显著增加或减少用灰色箭头标记。


  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2026 - 06 - 26
    原名:Precipitation alters the microbial necromass carbon contribution to soil organic carbon in a desert shrub ecosystem译名:降水改变了荒漠灌丛生态系统微生物残体碳对土壤有机碳的贡献期刊:Applied Soil EcologyIF:5.4 发表日期: 2026.1.22(网络首发2025年) 第一作者:徐红伟 四川农业大学林业学院,长江上游森林与生态恢复四川省重点实验室,四川峨眉山森林生态系统国家野外科学观测研究站 背景:在干旱和半干旱生态系统中,植被和土壤对降水变化高度敏感。降水变化通过改变土壤含水量,进而影响植物生长和土壤功能。增加降水(PP+)可提高土壤含水量,促进植物生物量增加、土壤酶活性提高、微生物多样性增加和碳固存增强;而减少降水(PP−)则导致土壤干旱,限制植物生长,降低生态系统生产力和微生物活性,从而导致土壤退化。土壤微生物残体碳是土壤有机碳(SOC)的关键来源,其对SOC的贡献在陆地生态系统中超过60%。微生物残体碳的积累主要受植物碳输入和微生物代谢活动的影响。降水变化通过影响植物生长、凋落物输入、土壤水分和养分有效性,进而调控微生物残体碳的积累过程。然而,在干旱和半干旱地区,降水变化如何影响微生物残体碳和SOC积累,以及微生物残体碳对SOC的贡献机制尚不清楚。此外,降水变化的幅度也是影响微生物残体碳和SOC积累的重要因素。过低的降水减少会限制植物和微生物生长,而过高的降水增加可能降低土壤孔隙度,抑制微生物活性和凋落物分解。因此,识别降水变化的强度阈值对于理解脆弱生态系统碳循环对全球降水变化的响应及实施生态恢复干预具有重要意义。 图1:降水变化对土壤微生物残体碳和土壤有机碳影响的概念框架科学问题:(1...
  • 点击次数: 0
    2026 - 06 - 22
    在小说阅读器读本章去阅读在小说阅读器中沉浸阅读文献信息原名:Erosion-induced soil heterogeneity determines the fate of plant litter carbon via divergent microbial pathways译名:侵蚀造成的土壤异质性通过分异的微生物途径决定植物凋落物碳的去向期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:10.3发表日期:2026年5月通讯作者:王祥第一作者:石佳第一单位:中国农业大学土地科学与技术学院背景土壤有机质是全球碳循环与农业可持续性的核心,其中矿物结合态有机质(MAOM)是土壤中最持久、储量最大的碳组分,主要源于微生物对植物凋落物的分解与转化。土壤侵蚀在景观尺度上形成非侵蚀、侵蚀和沉积等生物地球化学环境迥异的区域,改变了微生物群落与底物有效性,进而影响新鲜碳输入的土壤去向。在中国东北黑土区,长期侵蚀导致表土流失,免耕结合根茬覆盖被广泛采用。然而,新鲜凋落物添加可能引发正激发效应(加速原生SOM分解),抵消碳固持;反之,“续埋效应”可能促进固碳。激发效应的方向与强度取决于凋落物类型与土壤固有条件的相互作用,但目前沿侵蚀梯度这一作用如何调控凋落物碳的归宿尚不明确。因此,亟需明确不同侵蚀位置下凋落物类型对激发效应及MAOM形成效率的影响,为因地制宜的碳管理提供依据。科学问题(1)在不同侵蚀位置(未侵蚀的坡上、侵蚀的坡中和沉积区),秸秆与根茬输入如何通过不同的微生物机制调控激发效应的方向与强度?(2)在不同侵蚀位置(未侵蚀的坡上、侵蚀的坡中和沉积区),凋落物源碳向 MAOM 的稳定效率是否存在显著差异?材料与方法(1)试验地概况:试验地位于黑土区(吉林省伊通县),属暖温带半湿润大陆性季风气候,年均温5.5 °C、年均降水651.7 mm。(2...
  • 点击次数: 0
    2026 - 05 - 21
    华南植物园鲁显楷研究员团队在《全球变化生物学》发表最新研究,通过长达20年的野外氮添加试验,发现长期高氮沉降不但未减少热带森林植物地下碳分配,反而驱动植物上调根系分泌物来活化土壤磷,为破解热带森林碳汇维持之谜提供关键机制。 近半个世纪多以来,全球氮沉降持续加剧扰乱了生态系统的氮磷平衡,尤其是在有效磷相对匮乏的热带亚热带地区。基于温带氮限制生态系统的大量经验研究,形成了经典认知:施氮会缓解植物对氮的竞争,从而减少光合产物向地下的分配,尤其降低根系分泌物的释放。然而,这一范式能否直接套用于“富氮”但磷匮乏的热带亚热带森林,长期缺乏实验证据,这成为预测高氮沉降背景下森林碳-磷反馈与生态系统稳定性的关键认知瓶颈。为了破解这一瓶颈,研究团队于2002年在广东鼎湖山国家级自然保护区原始林(季风常绿阔叶林)建立了长期连续氮添加实验样地(4种梯度:0,50,100和150 kg N ha⁻¹ year⁻¹),系统探讨了热带森林植物如何通过调节根系分泌物及其介导的土壤磷动态来适应长期高氮沉降。研究发现,面对长期氮沉降引发的土壤有效氮磷失衡,热带森林植物并未“吝啬”其碳资源,反而进化出了一种积极的适应机制:一是通过提高根系分泌物碳输入速率,激发微生物磷酸酶活性,加速有机磷矿化;二是增强有机酸释放,促进矿物结合态磷的溶解。其中,有机酸途径起主导作用,其驱动的磷释放约为磷酸酶途径的2倍。这些结果表明,持续高氮沉降下,热带森林植物可通过“支付”更多的光合碳产物,换取维持生长所必需的磷,建立起了“根系分泌物-土壤磷活化”的正反馈循环。该研究首次证实热带植物能通过上调根系分泌物释放来适应长期高氮沉降,修正了“氮沉降导致地下碳分配减少”的传统观点。这一发现不仅解释了热带“富氮”森林如何维持高生产力与稳定性,还表明生态系统在面对长期环境压力时可能拥有更复杂的主动适应策略,这对预...
  • 点击次数: 0
    2026 - 05 - 20
    文献信息:原名:Mycorrhizal Type Defines Priming Effects in Organic and Mineral Forest Soils译名:菌根类型调控森林土壤有机层与矿质层的激发效应期刊:Global Change BiologyIF:12.0发表日期:2026年3月第一作者:柳雄辉 中南林业科技大学通讯作者:陈亮教授 中南林业科技大学 背景:森林土壤有机碳是陆地碳库的核心,其周转受微生物激发效应(新鲜碳输入改变原有SOC分解速率)的影响。丛枝菌根(AM)与外生菌根(ECM)树种会形成不同的土壤环境,显著影响碳库分布与稳定性。现有研究已证实菌根类型驱动土壤碳循环差异,但菌根类型如何在不同土壤深度上调控激发效应,目前尚不清楚。 研究目的:明确菌根类型(AM/ECM)如何调控森林土壤激发效应,以及这种调控是否存在土层深度依赖性。当前研究大多仅关注表层土壤,仍不清楚在有机层与矿质层中,菌根如何通过碳库稳定性、氮素有效性、微生物功能基因等途径差异调控激发效应,缺乏菌根类型与土层深度交互作用下土壤激发效应的机制解析。 实验设计:1、采样地点:中国湖南省长沙县大山冲森林公园(28°23′N,113°19′E)。该森林公园是中国东南部典型的亚热带天然林,年均降水量1416 mm,年均气温17.3℃,优势树种林龄约65 年,土壤类型为红色壤土。2、样地设置:根据菌根类型梯度设置27 个样地( 10 m×10 m ),分为三组:外生菌根(ECM)样地、丛枝菌根(AM)样地、混合样地。其中ECM 树种包括:青冈、石栎、马尾松、白栎等;AM 树种包括:日本杜英、香樟、南酸枣、杉木等。3、土壤采样:在每个样地分别采集0-10 cm有机表土和10-30 cm矿质下层土。每个样地设置 5 个采样点:中心 1...
文体活动 MORE+
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
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区龙潭街道成业路7号联东U谷二期7栋10楼
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务