中科院团队在土壤有机质矿化的激发效应研究方面取得进展

科学院科学家团队——东北地理与农业生态研究所土壤物质循环学科组、中科院海伦农业生态实验站研究员李禄军，与东北地理所海外特聘研究员、美国加利福尼亚大学戴维斯分校教授William R. Horwath团队合作，在土壤有机质矿化的激发效应研究方面取得进展，相关研究成果以Soil microbial biomass size and soil carbon influence the priming effect from carbon inputs depending on nitrogen availability为题，发表在Soil Biology & Biochemistry上。

土壤有机碳不仅对于维持和提升农田土壤肥力具有重要意义，还与气候变化密切相关。因此，有机物质还田被认为是维持和提升土壤有机碳含量的重要措施。然而，外源有机物质输入未必一定提升土壤有机碳含量。因为，土壤有机碳库大小受土壤中碳输入和碳输出的动态平衡决定，而外源碳输入会促进原有土壤有机碳的矿化。在这个过程中，联系碳输入和碳输出的一个重要机制是激发效应(Priming effect)。激发效应指外源有机物料的投入使土壤中原有有机质的矿化速率改变的现象，矿化速率增加称正激发效应，降低的称负激发效应。关于有机质激发效应的研究尽管开展了很多，但其内在机制还不明确。

土壤微生物量虽然占土壤总碳和总氮比重较小，但其在土壤有机质的矿化过程中起到关键作用。目前微生物量的大小对土壤有机质矿化的影响还不明确。该研究选择初始性质相近的农田和草地土壤，通过人为改变土壤微生物量的大小，研究微生物量大小的变化和氮素有效性对土壤有机质矿化激发效应的影响。

研究显示，黑麦草添加显著促进了累积CO2排放，而氮素添加降低了其排放。培养结束时(42天)，黑麦草中仅有9-16%的碳被矿化以CO2形式排放，其占到CO2总排放量的55%(农田)和34%(草地)。氮素添加显著抑制了黑麦草的分解(9-45%)，而土壤微生物量大小的变化对黑麦草的分解没有影响。整体而言，黑麦草添加对土壤有机碳的矿化造成了正激发效应，而黑麦草和氮同时添加则显著降低了激发效应。另外，微生物量大小的变化对激发效应的影响因土壤而异。在农田土壤中，激发效应不受微生物量大小变化的影响。然而，在草地土壤中，微生物量大小与土壤氮素有效性对土壤有机碳矿化的激发效应具有交互影响。因此，研究认为，土壤微生物量的大小和土壤碳含量共同影响土壤碳矿化激发效应的大小和方向，同时还受氮素有效性的影响。

研究工作得到了国家自然科学基金、东北地理所优秀青年基金、国家留学基金委和中科院青年创新促进会项目的联合资助。