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中国科学院丹江口湿地生态系统野外科学观测研究站
丹江口水库湿地生态系统湖北省野外科学观测研究站 |
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新闻公告武汉植物园在丹江口库区土壤团聚体碳循环及微生物群落对生态恢复的响应方面取得进展
2023-04-11|
丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地，是我国水质最好的大型水库之一，它位于汉江中上游，水库面积横跨湖北、河南两省。自南水北调工程开展以来，库区和库区周边的生态环境一直是学术界的关注热点。据全国第二次遥感调查资料显示，丹江口水库水源区内水土流失面积达到51653.75km2，约占该区域土地总面积的53.11%，且有1.57万 km2的土地面积水土流失达到强度水平。同时，水源区水土流失具有量大面广、面源侵蚀为主（主要是坡耕地）、季节性强等特点。
土壤团聚体既是土壤生物地球化学循环的反应器，也是土壤生物进化的孵化器。作为土壤固相-液相-气相间的能量和物质交换的重要结点，土壤团聚体控制着土壤水、肥、气、热的保持和运移，与土壤生态系统物质循环过程紧密关联。可见，土壤团聚体不仅在土壤物质循环中发挥至关重要的调控作用，而且也深刻影响着土壤生物的活性，进而间接影响土壤质量与健康。了解土壤团聚体相关信息，为我们更好的认识土壤生态过程如：土壤结构的形成和稳定、土壤碳氮循环、水气和能量的流通、土壤微生物活动、以及土壤中污染物质的分解转化等过程奠定基本的理论基础。从团聚体尺度下研究土壤物质循环和生物化学过程是当前土壤生态领域的理论前沿。
中国科学院武汉植物园农业环境生态学科组刘毅研究员、李志国副研究员和陈鹏助理研究员，以丹江口库区裸地、农田（旱地和水田）及林地为研究对象（图1），野外调查与室内控制实验相结合，在团聚体尺度上探究了土地利用类型对土壤呼吸及其碳同位素分馏（CO2和δ13CO2）、酶活性和微生物群落的影响。研究发现造林加速了δ13CO2值从富集向贫化的转换，而且强化了CO2和δ13CO2的团聚体分化，特别是在高培养温度（30℃）下。研究强调了土地利用类型影响土壤微环境尺度上土壤碳库对未来全球变暖的反馈，对改善陆地生态系统碳排放的预测有重要意义（图2，Chen et al., Geoderma, 2023）。同时，造林也加强了土壤肥力和酶活性的团聚体分化；与真菌相比，林地中细菌的alpha多样性对团聚体粒径更为敏感。相反，更多的真菌类群受不同大小团聚体的影响。最后，裸地上造林改变了微生物群落组装的机制，即造林减少了确定性过程对细菌群落的相对贡献和随机性过程对真菌群落的贡献（图3，Chen et al., Plant Soil, 2023）。
中国科学院武汉植物园助理研究员陈鹏为论文第一作者，副研究员李志国和研究员刘毅为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（项目编号31971532，32171648，42107048）和中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室开放基金的支持（SKLURE2021-2-5）的资助。
两篇文章链接：https://doi.org/10.1007/s11104-023-05973-0.
https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116384.
图1 研究区地理位置及土地利用类型
图2 土地利用类型、团聚体大小和培养温度对土壤呼吸及其碳同位素分馏的影响
图3 不同土地利用类型下的微生物的群落构建模式及对酶活性的影响