Nature Communications | 慕尼黑工业大学研究利用农作物秸秆与微生物互作减少全球二氧化碳排放！

相当一段时间以来，农民和研究人员一直在关注如何将碳与土壤结合起来。这样做使粮食作物更有营养，并增加产量。然而，由于碳在进入大气层后会转化为二氧化碳，因此在土壤中捕获碳也有很大的气候效益。太多的碳进入了大气层，如果人们不能扭转这一不幸的趋势，我们将无法实现《巴黎协定》中关于到2030年减少40%温室气体排放的目标。因此，寻找新的土壤固碳方法是非常重要的。

2021年7月，国际权威学术期刊Nature Communications发表了德国慕尼黑工业大学和丹麦哥本哈根大学的Carsten Mueller团队的最新相关研究成果，题为Particulate organic matter as a functional soil component for persistent soil organic carbon的研究论文。在他们的研究中，论证了简单地让农作物残留物在田间腐烂的潜力。

土壤中的死亡植物残体通常被认为是微生物和真菌的快速食物。但研究人员的研究表明，植物残体在土壤中形成和封存碳方面实际上发挥着比人们曾经认为的更重要的作用。过去，研究人员主要关注的是粘土等矿物表面的碳储存。然而，新的研究结果表明，植物残留物本身也有储存碳的能力，而且可能比曾经设想的时间更长。这是因为一些重要的过程直接发生在这些植物残体的表面。研究人员证明了农业作物的残留物对于碳储存绝对是核心的，应该在未来以更多的计算方式来使用它们。植物残留物使碳在土壤中储存的时间很可能比不添加它们的情况下长四倍。

真菌和土壤团块储存碳

要了解植物残体如何封存碳，重要的是要知道植物组织已经含有植物通过光合作用从大气中吸收的碳。随着植物物质的腐烂，碳可以通过多种方式转移到土壤中。研究人员的分析表明，植物残体在与真菌互动时，在碳储存方面发挥了令人惊讶的作用。当真菌在植物碎片周围甩动它们的白色菌丝时，将它们与土壤'粘'在一起。然后，真菌消耗植物物质中的碳。通过这样做，它们将碳储存在土壤中。

除了真菌之外，研究人员的分析还表明，土壤结构本身决定了可以储存的碳的数量。当土壤被细菌和真菌的粘性粘成大的硬块时，植物的残留物就会被细菌和真菌屏蔽掉，否则它们会吃掉，然后将一些碳作为二氧化碳排放到大气中。虽然碳在土壤中的储存时间可以从几周到一千年不等，但通常的时间是50年左右。

在未来减少二氧化碳

当涉及到加强农业用地时，让作物残余物（如秸秆、茬口和叶子）腐烂的方法并非闻所未闻。然而，根据这项新研究，部署腐烂的植物作为储存碳的工具应该被更认真地对待，并考虑作为一种战略来扩大。未来肥沃和气候友好的农业用地应该使用作物残余物作为封存碳的一种方式。研究人员还将进行实验，将腐烂的植物物质添加到土壤的更深处，这将使碳储存的时间更长。如果人们努力为土壤中的碳封存创造更好的条件，每年可以储存0.8到1.5千兆吨的碳。相比之下，世界人口在过去10年中每年排放4.9千兆吨的碳。总而言之，研究人员的发现可以用来了解作物残留物在未来的碳储存中的重要作用和前景。然而，需要采取各种举措来增加碳封存，例如可以吸收大气中的碳的作物和恢复失去的森林。

图1：细纹理和粗纹理土壤的累积异养呼吸量

图2：土壤中的C和凋落物中的C分配到有机质部分

图3：颗粒状有机质组分的化学组成的差异

图4：微生物的群落结构和功能

图5：凋落物在微生物生物量中的结合

图6：有机矿物组合的空间联系的SEM显微照片

图7：根据NanoSIMS成像，在真菌菌丝和EPS中检测到高的¹³C富集度

图8：在凋落物、微生物和土壤基质的相互作用下，不同质地的土壤中形成的聚集物和矿物相关的有机物

图9：¹³C标记的凋落物在不同质地的土壤中培养的实验装置

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