农田管理措施与全球变化因子对生态系统微生物残体碳的差异化影响及其土壤有机碳固存启示

本研究通过全球整合分析，首次系统揭示了微生物残体碳(MNC)对农田管理措施(施肥/秸秆还田等)和全球变化因子(增温/氮磷添加等)的响应规律，发现粪肥改良(+29.4%)和磷添加(+41.6%)分别对农田和森林MNC提升最显著，阐明了气候和土壤条件对MNC积累的调控作用，为优化土壤碳固存策略提供了理论依据。

　　

土壤作为地球上最大的活跃碳库，其微小的碳储量变化都可能显著影响大气CO₂浓度。尽管微生物残体碳(Microbial Necromass Carbon, MNC)可贡献土壤有机碳(SOC)的27-82%，但学界对其响应管理措施和全球变化的规律仍存在巨大认知空白。现有研究显示，粪肥改良可能提升真菌残体碳(FNC)29.4%，而磷添加在森林中可使MNC增加41.6%，但这些效应的驱动机制尚不明确。

中国的研究团队通过系统分析全球范围内184项研究数据，首次揭示了MNC对不同环境因子的差异化响应。研究发现农田管理措施中，粪肥改良对MNC的提升效果最显著(+29.4%)，其次是化肥施用(+16.2%)和秸秆还田(+13.1%)。在草地生态系统中，增温使MNC增加9.5%，而磷添加则产生抑制作用。森林生态系统对磷添加的响应最为强烈(+41.6%)，显著高于氮添加(+11.3%)的效果。

研究采用整合分析(Meta-analysis)方法，从Web of Science和中国知网系统收集截至2024年6月的全球观测数据，运用随机效应模型计算响应比(RR)，并通过混合效应模型分析气候和土壤因子的调节作用。所有数据均经过标准化处理，确保不同研究间的可比性。

主要研究发现包括：

1. 农田管理效应：除地膜覆盖外，所有措施均促进MNC积累，其中粪肥改良通过提高碳利用效率(CUE)和微生物生物量碳(MBC)实现最大增幅。

2. 气候调节作用：施肥和秸秆还田在温暖湿润气候区效果更佳，而免耕/少耕在冷凉气候区作用显著。

3. 土壤特性影响：初始SOC含量低的土壤对施肥、秸秆和粪肥的响应更强，酸性土壤中粪肥改良效果更突出。

4. 森林特异性：氮添加在湿润森林中效果显著，而磷添加在冷凉气候区影响更大。

研究证实MNC与SOC存在显著正相关，证实微生物残体是SOC固存的重要途径。该成果不仅填补了微生物残体碳响应全球变化的理论空白，更为制定差异化碳管理策略提供了科学依据：在农田优先采用粪肥改良+秸秆还田组合，在森林实施磷养分调控，在冷凉地区推广免耕措施。这些发现对实现"双碳"目标下的土壤碳增汇具有重要指导价值。论文发表在土壤科学顶级期刊《CATENA》上，为全球变化背景下的土壤碳循环研究提供了新范式。