施肥对土壤颗粒态和矿物结合态有机碳积累与稳定的全球荟萃分析

推荐：本研究通过荟萃分析870组观测数据，揭示了施肥策略对土壤矿物结合态有机碳(MAOC)和颗粒态有机碳(POC)积累的差异化影响。研究发现施肥使MAOC和POC含量分别增加18%和68%，但降低了MAOC/SOC比例10%。联合施用有机无机肥(MON)对MAOC(30%)和POC(125%)的提升最显著，且土壤有机质分子结构趋于稳定。该研究为全球农田土壤碳库管理提供了重要理论依据。

　　

土壤作为最大的陆地有机碳库，其碳 sequestration（固碳）能力对应对气候变化和保障粮食安全至关重要。然而，长期农业管理如何影响土壤有机碳(SOC)不同组分的积累与稳定，特别是矿物结合态有机碳(MAOC)和颗粒态有机碳(POC)的响应机制，仍缺乏系统性认知。MAOC因其与矿物的结合特性被认为更稳定，而POC作为易分解组分对管理措施更敏感。这种"多池管理"的认知缺口，限制了针对性施肥策略的制定。

浙江大学的科研团队在《Soil and Tillage Research》发表的最新研究中，通过整合全球870组观测数据，首次量化了不同施肥策略对MAOC和POC积累的差异化影响。研究采用荟萃分析与机器学习(BRT)相结合的方法，系统评估了气候、土壤性质和管理措施等调控因子，并利用核磁共振(NMR)和气质联用(GC/MS)技术解析了有机质分子结构特征。

主要技术方法包括：1)从117项研究中提取MAOC和POC数据，按密度(<1.6-1.85 g cm^-3为POC)或粒径(<50-63 μm为MAOC)标准化；2)采用响应比(lnRR)量化施肥效应；3)通过Boosted回归树识别关键驱动因子；4)整合全球气候和土壤数据库进行空间预测。

研究结果揭示：

1. 施肥效应差异：施肥使MAOC和POC分别增加17.9%和67.7%，但MAOC/SOC比例降低9.6%。有机无机肥配施(MON)效果最佳，MAOC和POC分别提升30%和125%。

2. 关键调控因子：初始SOC含量(ISOC)是MAOC变化的主控因素，而POC受施氮量和土壤pH影响更大。在干旱气候、高pH(≥7.3)、低C/N比和粘粒含量的土壤中，SOC积累更显著。

3. 分子结构变化：施肥使烷基C(alkyl C)和羰基C(carbonyl C)增加，O-烷基C(O-alkyl C)减少，AL/OA比(烷基C/O-烷基C)提高，表明有机质分子结构趋于稳定。木质素酚类中香草基(V型)和紫丁香基(S型)单体积累更明显。

4. 地理分布格局：POC积累在热带更显著，而SOC在中高纬度响应更强。欧洲、北美东部和东亚是MAOC积累热点区域。

这些发现从分子到全球尺度阐明了施肥对SOC组分的影响机制：1)量化了MAOC和POC对施肥的差异化响应，证实POC是短期碳库变化更敏感的指标；2)揭示了有机无机肥配施通过促进团聚体形成和微生物转化，实现"量"(POC增加)与"质"(MAOC稳定)的协同提升；3)提出的"高pH-低粘粒"最优条件框架，为区域化施肥策略制定提供了理论依据。

该研究的创新性在于首次将SOC组分响应与分子结构特征、地理分布模式相关联，突破了传统研究仅关注总量的局限。研究建议在低SOC区域优先采用有机无机肥配施，而在高纬度地区应注重维持现有碳库稳定性。未来研究需加强微生物-矿物互作机制的探讨，以完善"输入-转化-稳定"的全链条认知。这些成果对实现"双碳"目标下的农田固碳增效具有重要指导价值。