近期3则土壤研究进展|研究

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南京土壤所等在淡水养殖系统温室气体排放研究中取得进展；研究揭示半湿润半干旱区长期施用厩肥不利于团聚体水稳定性；秸秆还田后木质素和纤维素降解动态特征与机制研究取得进展。

来源：根据中国科学院网站、中国科学院亚热带农业生态研究所网站近期相关报道整理

南京土壤所等在淡水养殖系统温室气体排放研究中取得进展

自20世纪80年代以来，全球渔业捕捞量一直处于停滞状态，近55%的鱼类资源被过度捕捞。相反，全球鱼类消费量却呈现出持续增长的态势，从1960年代的人均消费10kg增加到2016年的20.4kg。全球食用鱼类产品的消费量年均增速达到3.2%，超过人口增长的速率（1.6%），也高于陆生动物来源的肉类消费增速（2.8%）。这很大程度上得益于水产养殖业的发展和贡献，据联合国粮农组织《2018年世界渔业和水产养殖状况》报告，2016年全球水产养殖业产量已经达到8000万吨，占当年食用鱼类总量的53%。尽管发展中国家人均鱼类产品消费量处于较低水平，但是鱼蛋白在膳食中所占比重高于发达国家。水产养殖业对消除全球饥饿和促进经济发展的贡献与日俱增。

水产养殖业的快速发展往往伴随着土地利用方式的转变，例如我国超过一半的淡水养殖池塘由水田转变而来。土地利用方式的转变可能会改变温室气体排放强度，但是这一变化过程的潜在影响尚不清楚。

中国科学院南京土壤研究所研究员丁维新课题组，联合英国Bangor大学、韩国延世大学的专家，以太湖流域水田转变为河蟹养殖塘为案例展开研究。发现水田转变为粗放型河蟹养殖塘后，温室气体排放由每公顷8.15吨增加到28.0吨（二氧化碳当量），增幅达到243%，主要是由于甲烷排放量的大幅提升。通过全球数据的整合分析，建立了不同类型（稻-渔共生、粗放型和半集约化养殖、集约化养殖）淡水养殖系统温室气体甲烷和氧化亚氮的排放因子，构建了全球不同类型淡水养殖系统和主要国别淡水养殖系统的温室气体排放清单。发现全球淡水养殖业每年甲烷和氧化亚氮排放量分别为604万吨和3.67万吨，占全球人为甲烷和氧化亚氮排放量的1.82%和0.34%。

甲烷是淡水养殖系统排放的主要温室气体，主要来自粗放型和半集约化淡水养殖系统，表明淡水养殖业具有巨大的温室气体减排潜力。研究发现，随着集约化程度提高，甲烷排放量显著降低，工厂化淡水养殖系统的甲烷排放接近为零，单位鱼类产量的温室气体排放量仅为粗放型和半集约化养殖系统的五分之一。因此，如果全球一半来自粗放型和半集约化淡水养殖系统的鱼类产品由工厂化养殖系统替代，淡水养殖业温室气体排放量将降低40%以上。强化粗放型淡水养殖系统设施和装备升级，提升饲料管理和养殖水平，是淡水养殖系统温室气体减排、降低水体污染风险和提高经济效益的重要措施。

相关研究成果发表于Nature Climate Change。论文第一作者为袁俊吉和项剑，通讯作者为丁维新和Chris Freeman。研究工作得到中科院战略性先导专项、江苏省自然科学基金、国家自然科学基金等资助。

文章链接 

https://doi.org/10.1038/s41558-019-0425-9

全球不同类型淡水养殖系统温室气体排放系数和排放量

中国稻田生态系统 

研究揭示半湿润半干旱区长期施用厩肥不利于团聚体水稳定性

合理的施肥措施有利于提高土壤有机碳、改善土壤结构并促进作物生长。尽管国内外有关长期施肥对土壤团聚体水稳定性的研究已经有很多报道，但是研究的结果却很不一致。

基于安徽蒙城砂姜黑土长期施肥定位试验，中国科学院南京土壤研究所研究员彭新华课题组研究发现，经过34年施用厩肥（猪粪、牛粪）尽管显著提高了砂姜黑土生物胶结物质的含量（土壤有机碳、球囊霉素、微生物生物量碳），但是土壤大团聚体的比例并没有提高，甚至团聚体水稳定性反而有下降趋势，导致这一现象的原因与土壤中分散性离子（K+和Na+）的积累有关（Guo et al., 2018, Soil & Tillage Research）。尽管在砂姜黑土上发现了这种现象，但是目前并不清楚其它土壤类型是否也同样存在这样的情况。

针对这一问题，课题组进一步基于全国9个长期定位施肥试验（祁阳红壤、进贤红壤旱地、进贤水稻土、公主岭黑土、沈阳棕壤、蒙城砂姜黑土、栾城潮土、杨凌娄土、长武黑垆土）进行了验证。研究发现在我国南方湿润区长期施用厩肥对土壤团聚体形成具有积极的影响，主要是因为该区域降水量比较充沛和灌溉（比如：水稻土）导致Na+已被淋洗；然而，在我国北方半湿润、半干旱地区长期施用厩肥对团聚体水稳定性带来不利影响，这主要与Na+的积累有关。并且土壤中Na+含量与降雨量呈显著负相关（Guo et al., 2019，Science of the Total Environment）。这些研究结果表明，长期大量地施用厩肥可通过钠离子的积累对土壤结构造成不利影响。

文章链接：

1 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016719871830182X

2 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719300579

研究揭示半湿润半干旱区长期施用厩肥不利于团聚体水稳定性

秸秆还田后木质素和纤维素降解动态特征与机制研究取得进展

文/陈香碧  

农作物秸秆中木质素和纤维素合计占秸秆干物质的40～70%。大量的木质素和纤维素随秸秆还田或植物根系进入农田土壤，进而影响农田生态系统的碳转化与固定过程。

中国科学院亚热带农业生态研究所苏以荣研究员团队基于长期定位试验，观测红壤丘陵区和喀斯特山区旱地和水旱轮作地两种土地利用方式下秸秆还田配施化肥及单施化肥后土壤中纤维素和木质素含量及其对土壤有机碳贡献的动态变化。结果表明：与长期定位试验前相比，连续13年秸秆还田后旱地土壤中纤维素的含量未发生显著改变，而水旱轮作地中纤维素含量显著降低，表明纤维素不是有机质积累的主要形式。一年定位观测发现，秸秆还田后旱地和水旱轮作地中纤维素分别在6和3个月内完全转化为其他非纤维素形态。对于木质素，研究发现：长期单施化肥对石灰土木质素总量无显著影响，但红壤木质素总量显著增加55%；秸秆配施化肥均显著增加了红壤旱地、红壤水旱轮作地及石灰土旱地木质素的总量，分别由长期定位试验前414.5、201. 6、337.1 μg kg-1增至2092.4、1972.2、2096.5 μg kg-1，表明秸秆配施化肥更有利于亚热带农田土壤中木质素的积累。长期施肥显著增加了红壤中木质素组分C类单体的比例，其中水旱轮作地中C类单体含量及其占木质素总量的比例均显著低于旱地，石灰土则表现为V类单体比例的增加，表明农田土壤中木质素的积累具有单体特异性，且由于木质素的稳定性高于纤维素，几种供试土壤中，以石灰土的木质素稳定性最高，更有利于稳定性有机碳组分的积累。通过相关分析和结构方程模型分析，发现氮素是影响农田土壤中纤维素和木质素降解动态的最关键因子。

该项研究以Lignin and cellulose dynamics with straw incorporation in two contrasting cropping soils和Effects of long-term straw incorporation on lignin accumulation and its association with bacterial laccase-like genes in arable soils为题分别发表在Scientific Reports和Applied Microbiology and Biotechnology上。该研究得到了国家重点研发计划 (2016YFD0200106-5)、国家自然科学基金(41301273, 41671298, 41430860)和广西面上基金（017JJA150086y）的支持。

论文链接：

1 https://www.nature.com/articles/s41598-018-20134-5

2 https://link.springer.com/article/10.1007/s00253-018-9563-7

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