粪肥改良通过提高微生物代谢效率及保护矿物质，从而促进与矿物质相关的有机碳积累

《Journal of Integrative Agriculture》：Manure amendment enhances mineral-associated organic carbon accumulation via increased microbial metabolic efficiency and mineral protection

　　

摘要

在农业生态系统中，土壤有机碳的储存对于维持土壤肥力和缓解气候变化至关重要，而这在很大程度上取决于农业管理方式如何影响微生物代谢及土壤矿物质的保护作用。然而，长期施肥作用下不同类型土壤有机碳组分呈现不同响应的机制仍不明确。本研究基于中国东北地区黑钙土上的32年施肥试验，分析了化学肥料（氮肥及氮磷钾复合肥）与有机改良剂（氮磷钾复合肥加秸秆、氮磷钾复合肥加粪肥）相较于未施肥对照组对不同类型土壤有机碳组分（颗粒态有机碳、与矿物质结合的有机碳以及微生物死亡体碳）的影响，并揭示了其背后的机制。研究结果表明，与未施肥对照组相比，有机改良剂显著增加了各类土壤有机碳组分的比例，其中粪肥在提升与矿物质结合的有机碳和微生物死亡体碳方面效果更佳，增幅分别为56%和130%，而秸秆的相应增幅仅为19%和32%；化学肥料则仅能略微增加微生物死亡体碳的含量。微生物死亡体碳和与矿物质结合的有机碳的积累与碳利用效率及土壤矿物质保护作用呈正相关，与激活效应呈负相关。有机改良剂能够显著提高养分有效性及真菌与细菌的比例，缓解土壤酸化现象，并抑制激活效应，这些因素共同提升了微生物的碳利用效率并增强了土壤矿物质保护作用，从而有利于微生物死亡体碳和与矿物质结合的有机碳的积累，尤其是在施用粪肥的情况下。随机森林分析及偏最小二乘结构方程模型均表明，碳利用效率与激活效应以及土壤矿物质保护作用是影响与矿物质结合的有机碳积累的主要因素；β-1,4-葡萄糖苷酶活性和真菌与细菌比例则是解释微生物死亡体碳积累的关键因素。总体而言，这些研究结果表明，仅有微生物死亡体碳的积累并不足以实现土壤有机碳的长期储存；与矿物质结合的有机碳的长期积累依赖于升高的碳利用效率与土壤矿物质保护作用的协同作用，后者还能抑制激活效应。

张璐萍|吴磊|张晨阳|高洪军|孙楠|徐明刚

中国农业大学农业资源与区域规划研究所/中国耕地高效利用国家重点实验室，北京100081，中国