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文章荐读
Han et al.（2024）在Catena上发表论文“Joint regulation of the soil organic carbon accumulation by mineral protection and microbial properties following conservation practices”。
文章简介
本文研究了两组保护性(Cons)和常规(Conv)土壤样品中土壤有机碳积累的潜在机制:(1)梨树县黑土免耕秸秆覆盖(Cons)和旋耕去除秸秆(Conv);(2)大安县黑钙土旋耕秸秆结合(Cons)和旋耕去除秸秆(Conv)。土壤团聚体分为大团聚体(0.25 ~ 2 mm)、微团聚体(0.053 ~ 0.25 mm)、泥沙和粘土团聚体(< 0.053 mm) 3个组分。Cons通过增加大团聚体相关的OC显著增加土壤OC。Cons显著提高了大团聚体和微团聚体中游离氧化铁(Fed)、铁结合OC和钙结合OC的浓度(梨树微团聚体中的钙结合OC除外)，并增加了大安地区交换性钙(Caexe)的浓度。此外，Cons显著增加了大团聚体中功能和拓扑重要(FTI)类群中芽单胞菌的相对丰度。在大安，相对丰度为大团聚体和微团聚体中FTI类群的子囊菌门在Cons中显著更大，Cons地区显著降低了微生物网络的复杂性(梨树地区微聚集体除外)。结构方程模型表明，保护措施通过矿物保护(主要是Caexe和Fed)和网络复杂性调节稳定OC的聚集，从而增加大团聚体相关OC。研究结果强调了土壤矿物质和微生物通过调节大团聚体相关的有机碳积累来增加土壤有机碳的共同作用，这对提高土壤质量和提高农业可持续性具有重要意义。
研究目的
具有空间异质性微环境的土壤团聚体影响农业土壤微生物群落和矿质保护，在土壤有机碳(OC)循环中起关键作用。然而，在东北黑土区，保护措施通过影响微生物特性和矿物保护来调节土壤有机碳累积的机制尚未确定。本文通过对两组保护性(Cons)和常规(Conv)土壤样品中土壤有机碳积累的潜在机制进行研究，为提高土壤质量和提高农业可持续性发展提供建议。
研究结果
01
图1 大安(a)和梨树(c)土壤团聚体有机碳(OC)分布。大安(b)和梨树(d)大团聚体中大团聚体结合态有机碳(Macro-OC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的浓度。大安和梨树大团聚体中钙结合态有机碳(Ca-OC) (e)和铁结合态有机碳(Fe-OC) (f)浓度，*P<0.05；**P<0.01。MA：大团聚体；MI：微团聚体；SC：粉土和粘土；POC：颗粒态OC。大安地区Conv：旋耕去除秸秆；大安地区Cons：旋耕秸秆覆盖；梨树地区Conv：旋耕去除秸秆；梨树地区Cons：免耕秸秆覆盖。
02
图2 热图显示了大安和梨树三个团聚体组分中团聚体有机碳(OC)、矿物结合态有机碳(MAOC)、颗粒有机碳(POC)、钙结合态有机碳(Ca-OC)、铁结合态有机碳(Fe-OC)和交换性钙铁氧化物之间的斯皮尔曼相关性。Agg-Feo：土壤团聚体中的无定形铁氧化物；Agg-Fed：土壤团聚体中的游离氧化铁；Agg-Caexe：土壤团聚体中的交换性钙。Macro-OC：大团聚体结合态有机碳；Micro-OC：微团聚体结合态有机碳；SC-OC：淤泥和粘土结合OC。*P<0.05；**P<0.01。
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图3 大安(a)和梨树(b)土壤团聚体中细菌和微真核生物共生网络。不同处理下大安(c)和梨树(d)土壤团聚体中微生物网络复杂性。不同处理下大安(e)和梨树(f)土壤团聚体中功能和重要类群的k策略和r策略微生物相对丰度。*P<0.05;**P<0.01。注意图(d)和图(e)中的黑色星形和红色星形分别代表与Conv相比显著减少和显著增加。大安地区Conv：旋耕去除秸秆；大安地区Cons：旋耕秸秆覆盖；梨树地区Conv：旋耕去除秸秆；梨树地区Cons：免耕秸秆覆盖。
04
图4 结构方程模型显示了保护措施、矿物保护、微生物特性、稳定OC、潜在矿化C和颗粒OC (POC)对大安(a)和梨树(c)大团聚体中大团聚体伴生OC (Macro-OC)的间接和直接影响。矿物保护:游离氧化铁(Fed)、无定形氧化铁(Feo)和交换性钙(Caexe);微生物特性:微生物网络复杂性(network)、功能和拓扑重要分类群(FTI)中r策略微生物相对丰度(r-strategy)和FTI分类群中k策略微生物相对丰度(K-strategy)。稳定C:稳定OC(矿物相关OC (MAOC)，钙结合OC (Ca-OC)和铁结合OC (Fe-OC))。实线箭头表示关系显著(P<0.05)，虚线箭头表示关系不显著(P>0.05)。各因子对大安(b)和梨树(d)大团聚体相关OC的标准化总效应(STEs)。
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图5 大团聚体有机碳积累的调控途径示意图。
研究结论
目前的数据表明，保护措施促进了土壤团聚，增加了土壤有机碳含量。保护措施下的土壤有机碳主要由大团聚体伴生有机碳贡献，尤其是土壤大团聚体中的MAOC。保护措施主要通过增加矿物保护(如Caexe和Fed)和降低网络复杂性来调节稳定的OC库在大团聚体中的积累。在梨树，网络复杂性对大团聚体相关OC积累的影响强于矿物保护作用。综上所述，研究得出矿物质保护(主要是Caexe和Fed)和微生物特性(主要是网络复杂性)的共同作用调节了大团聚体相关的OC，从而增加了土壤OC积累。
文章来源
Han C ,Chen L ,Jia Z , et al.Joint regulation of the soil organic carbon accumulation by mineral protection and microbial properties following conservation practices[J].Catena,2024,245108298-108298.
微信号｜两瓣星球
编辑｜任梓齐
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