研究揭示不同碳源对土壤有机质的“激发效应”
不同来源的碳物质输入土壤后，究竟是促进还是抑制土壤有机质的分解？这一被称为“激发效应”的现象，长期以来是土壤碳循环研究中的关键难题。
中国科学院东北地理与农业生态研究所联合浙江大学、英国雷丁大学和美国加利福尼亚大学戴维斯分校等国内外多家科研机构的研究人员，基于跨越100年的已有研究数据，整合了283项研究中的超8000组观测数据，通过全球meta分析，首次系统阐明了植物残体、根系分泌物、生物炭、可降解微塑料这四类外源碳物质对土壤激发效应的影响及其机制。近日，相关研究成果发表于《全球变化生物学期刊》(Global Change Biology)。
该研究发现，这四类碳物质普遍诱导了正激发效应，即促进了土壤有机质的分解。其中，植物残体诱导的激发效应最强，使土壤有机质矿化平均增加了319%，其次是根系分泌物（193%）、生物炭（130%）和可降解微塑料（107%）。
在植物残体中，富含纤维素和半纤维素的非木本植物残体（如秸秆）使土壤有机质矿化速率提高了113%，而富含木质素的木本植物残体（如树枝、树皮）仅提高了25%。该研究表明，木本植物残体中的木质素结构稳定，难以被微生物分解，同时易与土壤矿物结合，形成稳定的有机质复合体，从而削弱了激发效应的强度。
在根系分泌物组分中，有机酸诱导的激发效应最为显著，使土壤有机质矿化速率提升了151%，远高于单糖（53%）和多糖（12%）。这主要是由于有机酸不仅能直接被微生物高效利用，还能通过酸化作用释放土壤中的矿物养分，进一步刺激微生物的生长，加速土壤有机质分解。
在生物炭方面，木质生物炭（如木材制备）的激发效应（48%）略高于非木质生物炭（43%）。该研究还发现，裂解温度对生物炭诱导激发效应有显著影响。对于木质生物炭，400°C～600°C裂解温度下引起的激发效应最强；而对于非木质生物炭，低温裂解（200°C～400°C）反而更易通过激发效应加速土壤有机质分解。
该研究首次系统比较了不同类型可降解微塑料诱导的激发效应。其中，聚羟基脂肪酸酯微塑料诱导了最强的激发效应，使土壤有机质矿化率增加了258%，远超聚丁二酸丁二醇酯（61%）和聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（21%）。研究指出，微塑料的降解速率越快，释放的活性有机碳越多，越容易刺激微生物生长，从而加速土壤有机质分解。
该研究为理解外源碳物质如何调控土壤有机质分解提供了全球尺度的定量依据，也对农业管理、秸秆还田、生物炭施用、可降解地膜选择等实践具有重要指导意义。研究人员建议，从碳固持角度，在实际应用中应优先选择激发效应较低的碳物质（如木质生物炭、低降解性的塑料），以减缓土壤碳库损失。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/gcb.70861
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