2021年1月17日，水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上官周平研究員在地學(xué)類著名期刊《Earth-Science Reviews》發(fā)表了題為“Drought effects on soil carbon and nitrogen dynamics in global natural ecosystems”的論文。鄧?yán)傺芯繂T為第一作者，上官周平研究員為通訊作者。
極端干旱對(duì)陸地碳（C）、氮（N）循環(huán)的庫(kù)、通量和過(guò)程均有重要影響，而深入了解這一極端氣候變化事件的影響必不可少。為了研究土壤碳、氮庫(kù)和通量對(duì)干旱的響應(yīng)并探討其機(jī)理，該研究基于全球134個(gè)地點(diǎn)1815份干旱（降水減少）試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，綜合評(píng)估了森林、灌木和草地三個(gè)主要自然生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳氮循環(huán)對(duì)干旱的響應(yīng)。
第一，闡明了干旱對(duì)生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程的影響機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)由于干旱降低植物生產(chǎn)力，導(dǎo)致凋落物輸入量減少（-8.7%）和凋落物分解量減少（-13.0%），進(jìn)而降低了土壤有機(jī)碳含量（-3.3%）。與此同時(shí)，干旱增加了礦質(zhì)氮含量（+31%），但降低了氮礦化速率（-5.7%）和硝化速率（-13.8%），導(dǎo)致全氮含量基本保持不變。發(fā)現(xiàn)干旱導(dǎo)致土壤中可溶性有機(jī)碳和氮的積累量分別增加了+59%和+33%。
第二，明確不同生態(tài)系統(tǒng)類型下土壤碳氮過(guò)程對(duì)干旱響應(yīng)機(jī)理。發(fā)現(xiàn)干旱使森林土壤氮礦化速率和硝化速率降低，而對(duì)總CO2排放量并沒(méi)有顯著影響，但卻使灌木土壤CO2排放量降低（-15%）。發(fā)現(xiàn)草地對(duì)干旱的適應(yīng)能力高于森林和灌木，其土壤微生物可通過(guò)提高酶的活性進(jìn)而獲取更多的土壤氮營(yíng)養(yǎng)以滿足其對(duì)干旱環(huán)境的養(yǎng)分需求。
第三，揭示了土壤碳氮循環(huán)過(guò)程對(duì)干旱時(shí)間和干旱強(qiáng)度的響應(yīng)規(guī)律。發(fā)現(xiàn)土壤CO2和根系呼吸先增加后降低，而土壤氮排放（如N2和N2O）持續(xù)降低，發(fā)現(xiàn)短期干旱激發(fā)了土壤微生物呼吸速率。發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)期和高強(qiáng)度的干旱對(duì)土壤碳氮過(guò)程均表現(xiàn)出顯著的抑制作用，但是，土壤碳氮循環(huán)過(guò)程會(huì)逐漸趨向穩(wěn)定，表明生態(tài)系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)期高強(qiáng)度的干旱有自適應(yīng)能力。
總體上，干旱對(duì)土壤碳氮循環(huán)的影響受生態(tài)系統(tǒng)類型、干旱持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度的調(diào)控。此外，干旱強(qiáng)度越高、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，干旱效應(yīng)就越大，尤其是對(duì)CO2排放量的影響越大，其隨干旱強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的增加而降低。
該研究得到國(guó)家、中科院有關(guān)項(xiàng)目的資助。
全文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103501
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