亞熱帶生態所稻田土壤碳鐵復合物對有機碳的保護效應與機制取得進展

　　南方稻田土壤富含鐵礦物，大量研究強調了碳鐵耦合對土壤有機碳長期儲存和穩定的重要性，但由于碳鐵復合物難以從土壤中分離，其對土壤有機碳的保護機制認識尚未深入。

　　為此，中國科學院亞熱帶農業生態研究所吳金水研究團隊以2線水鐵礦和6線水鐵礦（分別代表無定型和晶型鐵礦物）及¹³C-葡萄糖為原料制備了四種碳鐵復合物（包括2線水鐵礦結合態高量、低量葡萄糖和6線水鐵礦結合態高量、低量葡萄糖），并以高量、低量純葡萄糖為對照，采用室內培養試驗，在60天培養期內觀測了稻田土壤碳鐵復合物的礦化過程及對土壤原有有機碳礦化的激發效應。結果表明，2線水鐵礦結合態葡萄糖的累積礦化率比6線水鐵礦結合態葡萄糖高~21%。僅葡萄糖添加刺激了土壤原有有機碳礦化，形成了正激發（~0.27 % SOC），但碳鐵復合物輸入抑制了土壤原有有機碳礦化，引起了負激發（-0.33% ~ -0.55% SOC）。CO₂的激發效應強度取決于于水鐵礦結晶度，即：6線水鐵礦結合態葡萄糖引起的CO₂激發效應強度僅為2線水鐵礦結合態葡萄糖的一半。這是由于：6線水鐵礦的鐵還原速率較慢，其結合的葡萄糖釋放量少；6線水鐵礦吸附了溶解性有機碳、銨態氮和有效磷等，加重了微生物碳源和養分限制，從而抑制微生物活性。CH₄的激發效應與水鐵礦結合的葡萄糖濃度高度相關，即：水鐵礦結合態高量葡萄糖的CH₄負激發效應強度弱于水鐵礦結合低量葡萄糖。這是由于：水鐵礦結合態高量葡萄糖的鐵還原速率快，葡萄糖被釋放量多，為產甲烷菌提供更充分底物。研究明確了鐵礦物通過降低其結合的碳被礦化并誘導負激發效應（抑制土壤有機碳礦化），進而促進稻田土壤有機碳積累，且碳積累增強效應取決于鐵礦物的結晶度以及碳負載量。因此，促進無定型鐵礦物向晶型鐵礦物轉化，可增強富鐵水稻土有機碳積累。研究結果有助于深入理解碳鐵復合物促進南方紅黃壤性水稻土有機碳積累的過程機制，并對該區域土壤肥力提升及田間綜合管理等方面具有重要指導意義。

　　該項研究近期以題為Iron–organic carbon associations stimulate carbon accumulation in paddy soils by decreasing soil organic carbon priming發表在土壤學期刊Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國家自然科學基金和中科院青促會項目的資助。

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　　圖1 土壤碳鐵復合物制備及晶型結構表征

圖2 稻田土壤碳鐵復合物對有機碳的保護機制圖