溶解有机碳强化盐碱胁迫下秸秆还田有机质矿化机制解析

推荐 为解决盐碱胁迫下秸秆还田有机质矿化效率低下及激发效应（PE）机制不明的问题，中国研究人员通过13C标记玉米秸秆开展为期三个月的培养实验，揭示溶解有机碳（DOC）在极端盐碱条件下通过调节微生物碳泵效应促进碳矿化的核心作用。研究证实，尽管盐碱土初始矿化速率较低，但DOC浓度动态提升显著增强有机质转化能力，为盐渍化土壤改良提供理论依据。

　　

论文解读
土壤盐渍化与碱化是全球农业面临的重大挑战，严重制约土壤健康与生态功能。中国东北西部松嫩平原作为典型盐碱区，其高钠吸附比（SAR）和交换性钠百分比（ESP）导致土壤团聚体崩解及有机质（SOM）有效性降低。传统外源有机物添加虽能提升SOM积累，但在盐碱胁迫下常因微生物活性受抑而难以实现预期效果。本研究针对这一矛盾，由中国科研团队通过^{13</C标记玉米秸秆培养实验，系统解析了极端盐碱条件下有机质矿化调控机制。}

研究团队采用随机区组设计，在高盐碱（HSS，ESP 50.1%）、中盐碱（MSS，ESP 36.5%）及非盐碱（NSS，ESP 4.3%）三类土壤中添加秸秆，测定103天内CO?排放动态及关键参数变化。结果显示，尽管盐碱土累积CO?排放量与非盐碱土无显著差异，但其矿化过程呈现显著时间异质性：初期（4天）盐碱土的激发效应及秸秆衍生CO?显著低于非盐碱土，但随培养时间延长差异逐渐缩小。DOC浓度在秸秆添加后持续上升，HSS土最高达1434.63±310.37 mg kg?1，显著高于NSS土的120.07±37.29 mg kg?1，且与总CO?排放呈强正相关（p<0.001）。

研究证实，DOC通过钠钙螯合作用破坏土壤胶体稳定性，促进矿物结合态有机碳溶解，同时调节微生物共现网络模块功能。尽管盐碱土微生物生物量及多样性较低，但DOC浓度提升有效弥补了这一缺陷，使其在长期培养后表现出与非盐碱土相当的矿化能力。部分最小二乘路径模型进一步表明，DOC对总CO?排放的直接影响在盐碱土中显著高于非盐碱土，且通过调控微生物网络间接影响激发效应。

研究结论强调，DOC在极端盐碱条件下不仅是碳矿化的媒介，更是连接土壤物理化学性质与微生物功能的关键纽带。尽管盐碱胁迫初期抑制微生物活性，但DOC动态积累可逐步改善土壤微环境，为秸秆还田等措施在盐渍化土壤中的应用提供了理论支撑。该发现对优化盐碱地治理策略、提升耕地质量具有重要指导意义，相关成果发表于《Applied Soil Ecology》。

研究方法简述
本研究采用¹³C标记玉米秸秆作为外源碳源，通过为期103天的恒温培养实验，结合DOC浓度测定、微生物生物量分析及高通量测序技术，解析盐碱条件下有机质矿化动态。样本采集自中国吉林省大安市碱性盐碱土实验站，涵盖高盐碱、中盐碱及非盐碱三种土壤类型。

研究结果
溶解有机碳浓度动态变化
秸秆添加显著提升各土壤DOC浓度（p<0.001），HSS土平均浓度达1434.63±310.37 mg kg?1，为NSS土的12倍。随培养时间延长，盐碱土DOC浓度持续上升，而非盐碱土则呈现先升后降趋势。

有机质矿化时间异质性
初期（4天）盐碱土激发效应及秸秆衍生CO?显著低于非盐碱土，但至培养结束时差异消失。HSS土累积CO?排放量与非盐碱土无显著差异，但时间动态差异显著。

微生物群落响应特征
盐碱土微生物生物量及多样性较低，但DOC浓度提升显著增强其与CO?排放的相关性（p<0.001）。部分最小二乘路径模型显示，DOC对总CO?排放的直接效应在盐碱土中更显著（β=0.78 vs β=0.45），且通过调节微生物网络模块间接影响激发效应。

研究结论
本研究揭示DOC在极端盐碱条件下通过促进矿物结合态有机碳溶解及调节微生物功能，成为连接土壤环境胁迫与有机质矿化的核心介质。尽管盐碱胁迫初期抑制微生物活性，但DOC动态积累可逐步改善土壤微环境，为秸秆还田等措施在盐渍化土壤中的应用提供了理论依据。研究结果对优化盐碱地治理策略具有重要指导意义，相关发现发表于《Applied Soil Ecology》。