【科研新進展】（132）國家重點實驗室在土壤碳氮循環(huán)過程對干旱響應(yīng)研究領(lǐng)域取得新進展

2021年1月17日，水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室上官周平研究員在地學(xué)類著名期刊《Earth-Science Reviews》發(fā)表了題為“Drought effects on soil carbon and nitrogen dynamics in global natural ecosystems”的論文。鄧?yán)傺芯繂T為第一作者，上官周平研究員為通訊作者。

極端干旱對陸地碳（C）、氮（N）循環(huán)的庫、通量和過程均有重要影響，而深入了解這一極端氣候變化事件的影響必不可少。為了研究土壤碳、氮庫和通量對干旱的響應(yīng)并探討其機理，該研究基于全球134個地點1815份干旱（降水減少）試驗數(shù)據(jù)結(jié)果，綜合評估了森林、灌木和草地三個主要自然生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳氮循環(huán)對干旱的響應(yīng)。

第一，闡明了干旱對生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮循環(huán)關(guān)鍵過程的影響機制。研究發(fā)現(xiàn)由于干旱降低植物生產(chǎn)力，導(dǎo)致凋落物輸入量減少（-8.7%）和凋落物分解量減少（-13.0%），進而降低了土壤有機碳含量（-3.3%）。與此同時，干旱增加了礦質(zhì)氮含量（+31%），但降低了氮礦化速率（-5.7%）和硝化速率（-13.8%），導(dǎo)致全氮含量基本保持不變。發(fā)現(xiàn)干旱導(dǎo)致土壤中可溶性有機碳和氮的積累量分別增加了+59%和+33%。

第二，明確不同生態(tài)系統(tǒng)類型下土壤碳氮過程對干旱響應(yīng)機理。發(fā)現(xiàn)干旱使森林土壤氮礦化速率和硝化速率降低，而對總CO2排放量并沒有顯著影響，但卻使灌木土壤CO2排放量降低（-15%）。發(fā)現(xiàn)草地對干旱的適應(yīng)能力高于森林和灌木，其土壤微生物可通過提高酶的活性進而獲取更多的土壤氮營養(yǎng)以滿足其對干旱環(huán)境的養(yǎng)分需求。

第三，揭示了土壤碳氮循環(huán)過程對干旱時間和干旱強度的響應(yīng)規(guī)律。發(fā)現(xiàn)土壤CO2和根系呼吸先增加后降低，而土壤氮排放（如N2和N2O）持續(xù)降低，發(fā)現(xiàn)短期干旱激發(fā)了土壤微生物呼吸速率。發(fā)現(xiàn)長時期和高強度的干旱對土壤碳氮過程均表現(xiàn)出顯著的抑制作用，但是，土壤碳氮循環(huán)過程會逐漸趨向穩(wěn)定，表明生態(tài)系統(tǒng)對長時期高強度的干旱有自適應(yīng)能力。

總體上，干旱對土壤碳氮循環(huán)的影響受生態(tài)系統(tǒng)類型、干旱持續(xù)時間和強度的調(diào)控。此外，干旱強度越高、持續(xù)時間越長，干旱效應(yīng)就越大，尤其是對CO2排放量的影響越大，其隨干旱強度和持續(xù)時間的增加而降低。

該研究得到國家、中科院有關(guān)項目的資助。

全文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103501

編輯：張晴

終審：徐海