東北地理所在土壤有機(jī)碳熱穩(wěn)定性研究方面取得新進(jìn)展
土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性影響土壤固碳潛力。如何提取土壤活性與穩(wěn)定性碳組分用以定量表征土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性，是土壤固碳研究領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。當(dāng)前， 提取土壤有機(jī)碳活性及穩(wěn)定性組分的方法多樣，包括物理、化學(xué)及生物手段，導(dǎo)致結(jié)果難以比較，同時(shí)存在耗時(shí)長(zhǎng)、成本高及操作步驟繁瑣等缺點(diǎn)，亟需一種高效、可信度高且應(yīng)用廣泛的測(cè)定方法。對(duì)比分析不同熱分解技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)， 包括熱裂解氣相-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定技術(shù)、熱重分析技術(shù)、差示掃描量熱分析技術(shù)及Rock-Eval(RE)熱分解方法，普遍認(rèn)為RE方法操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、成本低、結(jié)果易于分析，可信度較高，可以很好地表征土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性，有利于土壤有機(jī)碳研究的橫向?qū)Ρ取?/p>
中科院東北地理所黑土有機(jī)碳與保護(hù)性耕作學(xué)科組科研人員依托保護(hù)性耕作長(zhǎng)期定位實(shí)驗(yàn)(建于2001年)在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展了相關(guān)研究，包含免耕玉米-大豆輪作(NTCS)、秋翻玉米-大豆輪作(MPCS)、免耕玉米連作(NTCC)、秋翻玉米連作(MPCC)、常規(guī)耕作玉米連作且秸稈不還田(CTCC)5個(gè)處理。采集了不同深度的土壤樣品，測(cè)定其土壤熱穩(wěn)定性(圖1)，計(jì)算RE相關(guān)指標(biāo)，同時(shí)與土壤異養(yǎng)呼吸及微生物殘?bào)w進(jìn)行相關(guān)分析。RE方法分為熱解和氧化兩個(gè)階段包括S1-S5五個(gè)階段，具有多個(gè)相關(guān)指標(biāo)，TMAX(℃)代表在S2熱解階段釋放的富氫化合物達(dá)到峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度，可作為指示土壤有機(jī)碳成熟度的指標(biāo)。HI表示在土壤有機(jī)碳中富氫化合物的相對(duì)含量，OIRE6表示在土壤有機(jī)碳在S3階段釋放的O2相對(duì)含量，代表土壤有機(jī)碳的相對(duì)氧化狀態(tài)。T50代表在氧化階段(S4)釋放的CO2達(dá)到該部分總釋放值50%時(shí)的溫度，用來(lái)表征穩(wěn)定性碳庫(kù)。研究結(jié)果表明，耕作方式對(duì)RE指標(biāo)影響很大(TMAX、HI、T50)，但是作物輪作對(duì)其無(wú)顯著影響，其中免耕顯著提高了土壤表層的有機(jī)碳熱穩(wěn)定性(TMAX)。RE指標(biāo)(HI)在短期室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中(<100天)可以很好地表征土壤異養(yǎng)呼吸情況，也在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)TMAX指標(biāo)與真菌殘?bào)w(GluN)有很高的相關(guān)性(R2=0.93)(圖2)。本項(xiàng)研究為未來(lái)RE方法在國(guó)際上的推廣應(yīng)用提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。
圖1 RE方法測(cè)定圖譜（以免耕玉米大豆輪作及秋翻玉米大豆輪作0-5 cm土層為例）
圖2 真菌殘?bào)wGluN與TMAX線性回歸關(guān)系
相關(guān)研究結(jié)果以“Linking Rock-Eval parameters to soil heterotrophic respiration and microbial residues in a black soil”為題發(fā)表在國(guó)際土壤學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Soil Biology and Biochemistry上。東北地理所黑土有機(jī)碳與保護(hù)性耕作學(xué)科組助理研究員張延為第一作者，梁愛(ài)珍研究員與加拿大農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)食品部Edward Gregorich為共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA28080201)、國(guó)家自然科學(xué)基金(42101277. 41877095)等項(xiàng)目的資助。
論文信息：Zhang, Y., Gao, Y., Zhang, Y., Huang, D. D., Li, X. J., McLaughlin, N., Zhang, X. P., Chen, X. W., Zhang, S.X., Gregorich, E.*, Liang, A. Z.* Linking Rock-Eval parameters with soil heterotrophic respiration and microbial residues in black soil. Soil Biology and Biochemistry, 2023. 178. 108939.
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2023.108939
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