2019-07-27 16:04:01
新论文指出土壤孔隙结构是碳储存的关键

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密歇根州立大学植物,土壤和微生物科学系教授亚历山德拉·克拉夫琴科及其几位同事最近发现了一种新机制,用于确定碳在土壤中的储存方式,可以改善种植系统的气候适应能力,同时减少碳足迹。

上周在自然通讯科学杂志上发表的研究结果揭示了土壤孔隙结构对刺激土壤碳积累和保护的重要性。

“了解碳如何储存在土壤中对于思考气候变化的解决方案非常重要,”大学植物,土壤和微生物科学杰出教授,该研究的共同作者Phil Robertson说。 “对于考虑土壤肥力以及作物生产的方法来说,这也非常重要。”

该研究是通过由美国能源部资助的MSU大湖生物能源研究中心和由美国国家科学基金会(NSF)资助的凯洛格生物站长期生态研究计划进行的,并得到了美国国家科学基金会的支持。地球科学。

在九年的时间里,研究人员在密歇根州西南部的复制田间试验中研究了五种不同的种植系统。在五种种植系统中,只有植物多样性高的两种系统导致土壤碳含量较高。 Kravchenko及其同事使用X射线微断层扫描和微尺度酶绘图来显示孔隙结构如何影响这些系统中的微生物活动和碳保护,以及植物多样性如何影响有利于更大碳储存的土壤孔隙的发展。

美国国家科学基金会环境生物学部的John Schade说,这些结果可能会改变对碳和气候如何在植物和土壤微生物群落中相互作用的理解。

“这清楚地证明了生物群落改变环境的独特机制,对碳循环具有根本性影响,”Schade说。

“科学家们总是倾向于认为,新碳进入土壤的地方也是微生物加工的地方,随后进行储存和保护,”Kravchenko说。 “我们发现,为了得到保护,碳必须移动;它不能在它进入的同一地方得到保护。”

传统上,科学家认为土壤团聚体,土壤颗粒簇是稳定碳储存的主要位置。

然而,最近的证据表明,大多数稳定的碳似乎是微生物产生有机化合物的结果,然后有机化合物被吸附到土壤矿物颗粒上。该研究进一步表明,根系产生的土壤孔隙是可以发生这种情况的理想栖息地。

特别重要的是来自具有较高植物多样性的生态系统的土壤。来自恢复的草原生态系统的土壤,具有许多不同的植物物种,具有更多适当大小的孔,用于稳定的碳储存,而不是纯柳枝稷。

“我们在原生草原上发现的,可能是因为不同物种的根之间的所有相互作用,是整个土壤基质覆盖着毛孔网络,”Kravchenko说。 “因此,碳输入发生的位置与可以保护碳的矿物表面之间的距离非常短。

“因此,土壤中获得了大量的碳。在单一栽培柳枝稷中,孔隙网络要弱得多,因此微生物代谢物有更长的路径可以到达保护性矿物表面,”Kravchenko解释说。

Robertson说,这项研究可能会促使农民在试图增加土壤碳储存时关注植物多样性。

“我们曾经认为,在土壤中加入更多碳的主要方法是让植物产生更多的生物量,无论是作为根还是留在土壤表面的残留物来分解,”罗伯逊说。

“这项研究指出,有更聪明的方法来储存碳,而不是这种蛮力方法。如果我们能够设计或培育具有生根特性的作物,这种特性有利于这种土壤孔隙度,从而有利于土壤碳稳定,那将是一个非常聪明的方法来设计可以更快地建立碳的系统。“

凯洛格生物站长期生态研究项目主任尼克·哈达德表示,根据这些研究结果进行的研究将继续探索改善农业生态系统和景观可持续性的方法。

“长期研究显示出多种植物可以使弹性农业系统所需的微生物受益的惊人方式,”Haddad补充说。

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