我校李建龍教授團隊最近通過多年研發、天地結合分析與大量樣地驗證,提出了我國生态系統地表氮富集可有效促進植物生态系統土壤有機碳固定與碳中和新的機制和途經。該團隊從生态系統土壤團聚體的角度入手,對中國陸地生态系統76個氮添加實驗的數據進行了Meta分析與應用推演等,定量評估了氮富集對植物生态系統土壤團聚體及其碳固定與碳中和的影響,提出了大氣N沉降增加背景下,我國陸地生态系統土壤有機碳積累與碳中和的新機制和途經。該成果可為未來深入研究大氣N沉降對全球陸地生态系統碳循環與碳固定的影響機制及找到增加碳固定與碳中和的新途經,提供了一定的科學參考和應用價值。
由于我國農業活動和化石燃料燃燒導緻的氮沉降在過去幾十年裡急劇增加,氮沉降可通過增加陸地生态系統碳固存來減輕人為二氧化碳排放的負面影響。陸地生态系統氮調控土壤碳收支的潛在機制和途徑仍不太清楚,越來越多的證據表明,過量氮添加導緻的複雜土壤碳相關過程導緻地上-地下碳動力學解耦。土壤團聚體是土壤結構的主要組成部分,按粒徑分為大團聚體(>250 μm)、微團聚體(53-250 μm)和粉砂-粘土組分(<53μm)。大團聚體中含有植物殘體,形成顆粒有機碳(POC)池,而礦物伴生有機碳(MOC)池與粉質黏土相結合。由于土壤團聚體在物理上保護有機碳不受微生物降解,因此土壤團聚體的穩定性對土壤碳的固存有着重要的影響。平均權重直徑(MWD)是一種通過其平均分數尺寸對不同尺寸類别進行加權的指數。因此,随MWD越大,被分析樣品中的顆粒越大,越穩定。有關氮添加對土壤團聚體影響的報道并不一緻,這可能是由于氮處理條件和生态系統類型的差異。中國正經曆着強烈的N排放污染,已成為世界上最大的活性氮排放國。考慮土壤團聚體對土壤碳庫的重要性,需要進一步研究氮沉降如何影響土壤團聚體和碳在土壤團聚體中的固定和積累過程等(圖1-圖2)。
李建龍教授團隊最近通過多年研發、大量數據分析與樣地驗證發現,氮素富集增加了土壤顆粒的平均重量直徑(+10%)和大團聚體比例(+6%),但降低了黏粉粒比例(-9%);在所研究的生态系統中,大團聚體碳含量對N素富集響應(+15%)均大于非根際土壤碳(+5%),但微團聚體和黏粉粒有機碳對氮富集的響應不顯著,且氮富集對土壤團聚體效應值大小因生态系統類型和施肥策略而異。此外,土壤pH值持續下降,并與土壤團聚體碳緊密相關。氮富集通過增加大團聚體碳和酸化土壤途徑促進了顆粒有機碳的積累,同時,土壤團聚體的增加可以抑制微生物對土壤有機質分解(圖2)。研究再次表明,在中國陸地生态系統中,大氣氮沉降可能會促進土壤團聚體的形成及其固碳效應等作用,進而提出了我國生态系統地表氮富集可有效促進植物生态系統土壤有機碳固定與碳中和新的途經(圖1)。
相關研究成果以Nitrogen addition stimulates soil aggregation and enhances carbon storage in terrestrial ecosystems of China:A meta-analysis為題,發表在國際著名學術期刊Global change biology(IF=10.863)上,論文第一作者為陸嘯飛博士,伟徳国际官网登录入口李建龍教授為論文通訊作者之一,論文鍊接:https://doi.org/10.1111/gcb.15604。
該研究得到了中國科學院華南植物園生态中心曠遠文研究員、侯恩慶博士團隊,中國科學院地理所于貴瑞院士團隊和中國科學院全球變化多個陸地生态觀測站,提供多年大量數據和支持等。
該工作還得到了國家自然科學基金面上項目(No.41471443),國家重大科學研究計劃973項目(No.2010CB950702-(3)),國際APN重點項目(ARCP2015-03CMY-LI;CRRP2017-SP633-LI),澳大利亞政府重點基金項目(PSLP:No.64828)和國際金磚五國重點項目等聯合資助,在此一並表示衷心感謝!