東北地理所在模擬侵蝕條件下黑土溶解性有機(jī)質(zhì)的化學(xué)多樣性和固碳潛力方面取得進(jìn)展
土壤溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）化學(xué)多樣性是指土壤中DOM分子的化學(xué)組成和性質(zhì)的多樣性。土壤侵蝕導(dǎo)致的亞耕層（B層）暴露會(huì)顯著影響土壤的含水量、pH值和養(yǎng)分有效性等，進(jìn)而對(duì)DOM的動(dòng)態(tài)變化產(chǎn)生影響。了解侵蝕土壤中影響DOM化學(xué)多樣性的具體因素，對(duì)于預(yù)測(cè)在這些變化條件下DOM和土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的反應(yīng)性和動(dòng)態(tài)至關(guān)重要。因此，明晰不同侵蝕程度下0-10、10-20和20-30 cmB層中的DOM化學(xué)多樣性的變化情況及其DOM的降解程度，探究影響B(tài)層DOM化學(xué)多樣性變化的關(guān)鍵因素，將有助于加深對(duì)土壤中DOM分子持久性和多樣性的認(rèn)識(shí)，從而促進(jìn)對(duì)侵蝕土壤中碳循環(huán)的預(yù)測(cè)。
本研究基于2015年在中國(guó)科學(xué)院東北地理所海倫黑土水土保持監(jiān)測(cè)研究站建立的長(zhǎng)期原位模擬侵蝕試驗(yàn)，采用30 cm（未侵蝕）、20 cm（輕度侵蝕）和10 cm（嚴(yán)重侵蝕）深度的耕層（A層）處理進(jìn)行研究。利用傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（FT-ICR-MS）測(cè)定和計(jì)算土壤DOM中七種化合物（類(lèi)脂、類(lèi)蛋白質(zhì)、類(lèi)碳水化合物、不飽和烴類(lèi)、類(lèi)木質(zhì)素、類(lèi)單寧和稠環(huán)芳香烴化合物）的相對(duì)豐度、CHONS型化合物的相對(duì)比例以及DOM的降解程度等；并輔以宏基因組測(cè)定土壤微生物群落和碳降解功能基因特征。研究結(jié)果顯示，與未侵蝕處理相比，輕度侵蝕處理顯著增加了0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm B層中的溶解性類(lèi)木質(zhì)素化合物的24-63%；而嚴(yán)重侵蝕處理分別顯著增加了10-20 cm和20-30 cm B層中的溶解性類(lèi)木質(zhì)素化合物的41%和22% （圖1）。同時(shí)，相對(duì)于未侵蝕處理 ，輕度和嚴(yán)重侵蝕處理都顯著降低了10-20 cm和20-30 cm B層中的類(lèi)脂和類(lèi)蛋白質(zhì)化合物含量，降低幅度為69-87%（圖1）。值得注意的是，黑土DOM化學(xué)多樣性的變化主要受土壤理化性質(zhì)控制，而非微生物性狀（圖2）。以降解指數(shù)和吉布斯自由能表示出來(lái)的DOM降解程度與類(lèi)木質(zhì)素的積累有正相關(guān)性，說(shuō)明惰性化合物中的類(lèi)木質(zhì)素也可以降解（圖3）。因此，侵蝕黑土在B層的固碳潛力較小。為了防止玉米-大豆輪作中土壤退化，建議在易受侵蝕的黑土中，將有機(jī)和無(wú)機(jī)肥料組合施用于20-30 cm的土壤深度，以增加B層土壤的固碳潛力。
圖1基于van Krevelen圖的DOM組分的化學(xué)式核密度圖。顏色越深表示分子密度越高。
圖2 DOM組分與土壤理化因子的級(jí)聯(lián)關(guān)系
圖3 模擬侵蝕A層下B層黑土溶解性有機(jī)質(zhì)的化學(xué)多樣性的變化及其影響因素
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國(guó)際重要期刊Soil Biology and Biochemistry（IF=9.8）上，東北地理所土壤資源與利用學(xué)科組周萌助理研究員為第一作者，農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組李彥生副研究員為通訊作者，劉曉冰研究員、隋躍宇研究員和張興義研究員也參與該研究工作。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1500803）、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA28100200、XDA28070302）、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作項(xiàng)目（131323KYSB20210004）和國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（42307437）等聯(lián)合資助。
論文信息：
Meng Zhou,Yang Xiao,Yansheng Li*,Jian Liu,Yueyu Sui,Xingyi Zhang,Xiaobing Liu. Simulated erosion of A horizon influences the dissolved organic matter chemodiversity and carbon sequestration of B horizon in Mollisols. Soil Biology and Biochemistry,2024,109648.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109648
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