長期施肥對泥炭地生物地球化學(xué)過程影響方面取得新進展
泥炭沼澤雖然僅占全球陸地面積的3%，卻存儲了全球30%的土壤碳，是巨大碳匯。過去的幾十年里，約11%的泥炭沼澤被墾殖為農(nóng)田、草地以及森林。其中，農(nóng)田墾殖是主要的利用方式，而且大量觀測表明農(nóng)業(yè)施肥加劇了有機碳損失，但對其內(nèi)在機制認識卻相對薄弱。為揭示農(nóng)業(yè)施肥對泥炭地有機碳損失的內(nèi)在機制，東北地理所濕地生態(tài)系統(tǒng)管理學(xué)科組從土壤酶以及碳輸出方面開展相關(guān)研究。
研究發(fā)現(xiàn)，長期施肥顯著增加了泥炭地土壤磷含量，磷含量增加顯著降低了土壤磷與氮分解酶活性。同時，營養(yǎng)物質(zhì)變化也顯著增加了碳與磷水解酶的比值，表明微生物對碳源需求增加，促進有機碳分解（圖1）。此外，研究還發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)施肥還可以通過地表與地下徑流影響其周圍天然泥炭地土壤物質(zhì)循環(huán)過程，呼吁應(yīng)加強墾殖泥炭地施肥管理、發(fā)展環(huán)境友好型耕作模式。
鐵作為泥炭沼澤有機碳輸出的重要載體，認識鐵還原機制對理解泥炭地有機碳輸出具有重要意義。通過模擬實驗發(fā)現(xiàn)，高氮處理（100與400mgkg-1）顯著改變了墾殖泥炭地土壤鐵還原菌群落組成、增加鐵還原菌豐度，導(dǎo)致鐵還原量顯著高于低氮處理（0.09-0.2kgFeday-1ha-1），而且墾殖泥炭地鐵還原量遠遠高于天然泥炭地（圖2）。增加的可溶性鐵能夠與酚類物質(zhì)形成相對穩(wěn)定的可溶性復(fù)合物，潛在地促進墾殖泥炭地鐵與有機碳持續(xù)輸出。
圖1 施肥對泥炭地土壤酶活與計量的影響
圖2 施肥對墾殖與天然泥炭地土壤鐵還原速率的影響
相關(guān)研究成果已發(fā)表在《Ecological Indicators》與《Applied Soil Ecology》上。由東北地理所秦雷特別研究助理（第一作者）、姜明研究員（通訊作者）、楊亮博士與劉波博士等共同完成，得到國家自然科學(xué)基金（41771120）、中國科學(xué)院國際人才項目（201802527016）等共同資助。
論文信息如下：
Lei Qin, Chris Freeman, Xueying Jia, Zhongsheng Zhang, Bo Liu, Shaoqing Zhang, Ming Jiang*. Microbial enzyme activity and stoichiometry signal the effects of agricultural intervention on nutrient cycling in peatlands. Ecological Indicators, 2021,122:107242. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.107242
Lei Qin, Wei Tian, Liang Yang, Chris Freeman, Ming Jiang*. Nitrogen availability influences microbial reduction of ferrihydrite-organic carbon with substantial implications for exports of iron and carbon from peatlands. Applied Soil Ecology, 2020, 153:103637. doi:10.1016/j.apsoil.2020.103637
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