【论文】干燥-复湿比过筛更能刺激土壤呼吸

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本文字数：1072字

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研究背景

土壤是陆地生态系统中最大的碳(C)库。即使土壤碳库的微小变化也可能会显著影响大气中二氧化碳(CO₂)的浓度。因此，准确评估土壤C库对全球变化的响应至关重要。

材料与方法

我们从加州大学圣克鲁兹分校校园收集了0-25 cm的森林、草地和农田土壤。在每个生态系统中，随机选择4个位置。在每个地点用预称重的铜管(内径5 cm，高25 cm)收集4个原状土柱，然后立即带到实验室。

将每个生态系统的16个土柱分为4组，分别进行4个处理(图1): i)无干扰控制(CK)，ii)通过5 mm筛(S)，iii) 在45℃环境下干燥24小时，并立即复湿到采样时土壤湿度(DW)，和iv)通过5 mm筛，在45℃环境下干燥24小时，并立即复湿到采样时土壤湿度(S+DW)。

图1 本研究采用的无扰动控制(CK)、过筛(S)、干-复湿(DW)、过筛+干-复湿(S+DW)的图解

结果&讨论

实验结果表明，最初三个生态系统的土壤呼吸速率急剧下降，然后保持稳定(图2)。在三个生态系统中土壤呼吸速率在干燥-复湿条件下均明显高于没有干燥-复湿处理。但土壤呼吸速率对干燥-复湿处理的响应在不同时间趋于消失。林地18天左右，草地11天左右，耕地21天以上。

图2 三个生态系统中的瞬时土壤呼吸速率(RR)，在培养6小时(a-c)和21天 (d-f)的变化。森林(a、d)、草地(b、e)和农田(c、f)，在不同物理干扰下，对照(CK)、过5mm筛(S)、干湿(DW)、5mm过筛+干湿(S+DW)。

同时meta 分析表明，CO₂脉冲平均维持在25天左右(图3)。这可能与土壤有效基质和微生物生物量的减少有关。因此，当预培养时间不够长时，干燥-复湿处理对土壤呼吸速率的影响可能被高估。

实验和meta分析的结果都清楚地表明，在受控的实验室条件下，土壤呼吸主要受干燥-复湿的影响，而不是过筛的影响。若将预培养时间延长至18天或以上，可避免森林和草地土壤初始扰动引起的CO₂脉冲。农田土壤比森林和草地土壤更容易受到过筛和干燥-复湿的影响，这可能与扰动历史的差异有关。综上所示，这些结果可能有助于更好地设计和解释SOM分解的实验室培养实验。

图3 本研究3个生态系统(森林、草地和农田，每个生态系统n = 20)和我们在Web of Science中搜索的相关文章中其他生态系统(n = 244)的土壤呼吸速率(RR)复湿后的效应大小。效应量计算为过筛加干燥-复湿处理的土壤呼吸相对于过筛处理的土壤呼吸(过筛后的土壤水分总是保持在最佳恒定值)。灰色区域表示直线的95%置信区间。每个符号代表一个观察结果。effect size> 0表示正效应，effect size< 0表示负效应。

小结

本研究于2021年12月23日以“Drying-rewetting rather than sieving stimulates soil respiration”为题在线发表在Pedosphere杂志上。重庆三峡学院林俊杰教授为论文第一和通讯作者，北京大学朱彪研究员为论文共同通讯作者。美国加州大学圣克鲁斯分校Weixin Cheng教授和浙江大学张帅博士为论文的共同作者。本研究得到了国家自然科学基金(31770529和31988102)、重庆市教育委员会科技攻关计划(KJZD-K202001203、KJZD-K202003501、WEPKL2018ZD-05)、重庆市科学技术委员会(cstc2020jcyj- msxmX0095)的资助。

编辑 丨 王旭东

审核 丨 朱彪

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