沈阳生态所在免耕增加沙地农田生态系统土壤碳库方面取得新进展

免耕是一种广泛应用的保护性耕作方式,用于减少土壤侵蚀和退化,提高土壤碳封存。目前已有的大多数研究是基于质地良好的肥沃土壤开展的,而在干旱和半干旱沙地农田生态系统中,免耕对土壤碳含量的影响还需进一步的探究。免耕可能通过促进植物碳源输入,调节微生物生理代谢,改善微生物群落结构等方面促进土壤碳积累。然而由于风沙土漏水漏肥,土壤有机质含量低,质地差等问题,在风沙半干旱区应用免耕提高土壤总碳含量的影响机制还不清晰。阐明风沙半干旱区免耕对土壤总碳含量的影响以及潜在的驱动机制有利于防风固沙提高土壤健康,同时为荒漠化地区保碳增汇提供科学指导。

沈阳生态所土壤化学组研究团队以油莎豆田为研究对象,油沙豆具有耐旱耐贫瘠、适应性强、根系发达和生长迅速等特点,适合在沙地、滩涂地及盐碱地等边际土地上种植,对于提高风沙半干旱区经济效益和生态效益具有潜在的广阔应用前景。田间实验平台位于科尔沁沙地南缘的阜新市彰武县大德镇,设置了翻耕和免耕两个处理,于油沙豆生长旺季测定了作物性状同时采集了土壤样品。测定了土壤基本理化性质,计算了微生物碳利用效率(CUE)和土壤碳饥饿指数(CLI)。通过16S rRNA扩增子测序分析土壤细菌群落组成并预测潜在生态功能。研究发现,免耕可能通过3种途径提高沙地土壤的总碳(TC)含量(图1):1)免耕通过增加植物的光合作用和生物量增加了植物源碳的输入,从而提高土壤可溶性有机碳(DOC)和总碳(TC)含量;2)免耕提高了土壤微生物碳利用效率(CUE)并降低了呼吸熵(qCO2),增加了固持在微生物生物量中的碳;3)免耕降低了土壤有效氮磷含量,增加了细菌群落中寡营养菌的相对丰度,有利于减少土壤活性碳组分损失。

上述结果以“No-tillage practice enhances soil total carbon content in a sandy Cyperus esculentus L. feld”为题于2025年1月在线发表在Ecological Processes上。土壤化学组2020级博士生王聪为第一作者,李慧研究员为通讯作者,沈阳生态所王正文研究员、蔡江平副研究员、王志瑞助理研究员、博士生吴辉、硕士生胡玉香;河北大学姜勇教授、刘贺永校聘研究员;吉林农业科学院任伟副研究员;沈阳农业大学杨宁副教授为共同作者。本研究得到中国科学院先导专项(XDA28060300),国家重点研发计划项目(2019YFC0507601-03)和辽宁省科技计划联合计划应用基础研究项目(2023JH2/101700353)的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1186/s13717-024-00573-x 


图1. 免耕提高沙地土壤总碳含量的潜在机制概念图


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