氮素有效性调控秸秆还田对土壤有机碳功能库影响的作用机制

《SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY》：Nitrogen availability regulates the effects of straw incorporation on soil organic carbon functional pools

本研究发现氮素有效性通过调控微生物代谢和土壤团聚体形成，显著影响秸秆还田下颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）的积累。增加氮素可缓解碳氮比失衡，提升微生物碳利用效率（CUE）和球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）产量，分别通过促进微生物残体碳（MNC）形成和团聚体物理保护机制，协同增强土壤有机碳（SOC）的稳定性与固存潜力。

　　

氮素调控秸秆还田对农田土壤碳库的影响

为探究氮肥施用是否影响秸秆还田对颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）的响应，我们构建了包含42个田间点位、87组观测数据的数据集（图1a），氮肥施用量范围为0–540 kg ha^-1 year^-1（中位数=243.8 kg ha^-1 year^-1）。总体而言，秸秆还田显著提升了土壤POC（+27.1%，95%置信区间：+18.0%至+36.8%）和MAOC（+13.9%，95%置信区间：+4.6%至+24.0%）含量（图1b）。为进一步解析POC和MAOC的变化机制，我们通过长期定位试验发现...

讨论

秸秆还田虽显著提升土壤POC与MAOC，但其增效幅度受氮素有效性精准调控（图1、2）。具体而言，秸秆输入引发化学计量失衡（碳氮比失调），迫使微生物群落结构重组——降低碳水化合物水解酶活性，同时激增氮获取酶分泌（图3、S2）。而增施氮肥可巧妙缓解这一失衡，通过激活r-策略微生物的"碳转化流水线"，将秸秆高效分解为微生物残体碳（MNC）。这些MNC随后通过范德华力、氢键等作用"锚定"在铁铝氧化物及Ca²⁺/Mg²⁺等矿物表面，直接壮大MAOC库。更有趣的是，氮素还像一位"土壤建筑师"，通过刺激菌根真菌分泌球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP），促进大团聚体形成，将分解残碳"封装"为闭蓄态颗粒有机碳（oPOC）。这种物理保护机制使有机碳远离微生物降解前线，最终实现POC的长效固存。