文獻(xiàn)解讀|土壤碳儲量由顆粒和礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)決定

日期： 2023-03-09

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文獻(xiàn)解讀|土壤碳儲量由顆粒和礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)決定

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原名：Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter

譯名：土壤碳儲量由顆粒和礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)決定

期刊：NATURE GEOSCIENCE

IF：21.531

發(fā)表時間：2019.11

第一作者：Francesca Cotrufo

摘要

為緩解氣候變化實(shí)行的有效陸地解決方案要求采取行動，能最大限度地提高土壤碳儲量，同時不產(chǎn)生多余的氮。在土地管理的固碳工作中最常依據(jù)大量非根際土壤碳儲量，而不考慮碳的儲存形式、容量、持久性和氮需求。本研究中，介紹了歐洲范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)庫，包括土壤有機(jī)質(zhì)物理分組，以確定大陸尺度森林和草地表層土壤碳和氮儲量及其在礦物結(jié)合和顆粒有機(jī)物質(zhì)之間的分布。草地和叢枝菌根林將更多的土壤碳儲存在礦物結(jié)合有機(jī)碳中，這種有機(jī)碳更持久，有較高的氮需求，飽和程度也更高。

外生菌根森林將更多的碳儲存在顆粒有機(jī)物中，這些物質(zhì)更容易受到干擾，但對氮的需求更低，并可能無限積累。礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)和顆粒有機(jī)質(zhì)中碳的分配和碳氮比影響土壤碳儲量，并介導(dǎo)其他變量對土壤碳儲量的影響。了解礦物結(jié)合有機(jī)物與顆粒有機(jī)物中有機(jī)物質(zhì)的物理分布可以為土地管理提供信息，以實(shí)現(xiàn)氮高效固碳，這由生態(tài)系統(tǒng)中固有的土壤碳容量和氮可用性驅(qū)動。

研究背景

根據(jù)不斷增加的大氣二氧化碳濃度對全球氣候的影響制定有效的大氣二氧化碳捕獲策略。碳在土壤有機(jī)質(zhì)的儲存被認(rèn)為是其中一種策略。它還可以帶來重要的共同利益，如改善土壤健康和提供土壤服務(wù)。溫帶森林和草地土壤占據(jù)了廣闊的土地面積，通過管理可以儲存大量的碳。因此，這些策略可以在未來的土壤C管理中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

土壤中的有機(jī)碳儲存在無數(shù)種不同的化合物中，其中許多化合物含有氮，或通過需要氮的微生物活動形成。此外，與植物生物量相比，SOM每單位C需要更多的N。因此，土壤儲存碳的能力與氮的有效性有關(guān)。提高土壤碳儲量而不增加氮肥或在土壤中固定氮，從而影響植物生產(chǎn)力是土壤碳封存策略的主要挑戰(zhàn)。土壤碳氮比被認(rèn)為是土壤固C潛力的一個指標(biāo)，土壤碳氮比高的系統(tǒng)能夠在單位N上積累更多的C。根據(jù)這一邏輯，外生菌根系統(tǒng)比叢枝菌根系統(tǒng)具有更高的碳氮比，而具有更高的固C潛力。

然而，施氮量對土壤碳儲量的影響仍存在爭議，長期施氮會增加土壤碳儲量，也會減少土壤碳儲量。最近的研究表明，如果SOM被廣泛地分為顆粒有機(jī)質(zhì)(POM)和礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)(MAOM)，則可以更好地描述土壤C的積累、持久性和對N有效性的響應(yīng)。POM主要來源于植物，含有許多氮含量低的結(jié)構(gòu)碳化合物，通過固有的生化抗性、團(tuán)聚體物理保護(hù)或微生物抑制作用在土壤中持續(xù)存在。MAOM主要由富含氮的微生物產(chǎn)物組成，由于與礦物質(zhì)的化學(xué)鍵和小團(tuán)聚體的物理保護(hù)，在土壤中持續(xù)存在。這兩個組分可以通過大小或密度能進(jìn)行解析分離，并在周轉(zhuǎn)時間上表現(xiàn)出差異，POM更容易受到干擾，并且比MAOM循環(huán)更快。

主要結(jié)果

1.土壤有機(jī)碳和N儲存

表層礦質(zhì)土壤(0-20cm)有機(jī)碳和氮儲量隨地理位置和土地利用覆蓋而變化(圖1)?？傮w而言，與闊葉林和草地相比，混交林和針葉林的平均有機(jī)碳儲量最高。純草地平均氮蓄積量最高。然而，這些土地覆蓋之間的差異也可能是由于森林表土(0-20cm)中土壤有機(jī)碳(OC)的比例(占其總OC儲量的50%)普遍高于草地(42%)。