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業國家重點實驗室上官周平研究員在地學類著名期刊《Earth-Science Reviews》發表了題為“Drought effects on soil carbon and nitrogen dynamics in global natural ecosystems”的論文。鄧蕾研究員為第一作者，上官周平研究員為通訊作者。
極端干旱對陸地碳（C）、氮（N）循環的庫、通量和過程均有重要影響，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、氮庫和通量對干旱的響應并探討其機理，該研究基于全球134個地點1815份干旱（降水減少）試驗數據結果，綜合評估了森林、灌木和草地三個主要自然生態系統中土壤碳氮循環對干旱的響應。
第一，闡明了干旱對生態系統土壤碳氮循環關鍵過程的影響機制。研究發現由于干旱降低植物生產力，導致凋落物輸入量減少（-8.7%）和凋落物分解量減少（-13.0%），進而降低了土壤有機碳含量（-3.3%）。與此同時，干旱增加了礦質氮含量（+31%），但降低了氮礦化速率（-5.7%）和硝化速率（-13.8%），導致全氮含量基本保持不變。發現干旱導致土壤中可溶性有機碳和氮的積累量分別增加了+59%和+33%。
第二，明確不同生態系統類型下土壤碳氮過程對干旱響應機理。發現干旱使森林土壤氮礦化速率和硝化速率降低，而對總CO2排放量并沒有顯著影響，但卻使灌木土壤CO2排放量降低（-15%）。發現草地對干旱的適應能力高于森林和灌木，其土壤微生物可通過提高酶的活性進而獲取更多的土壤氮營養以滿足其對干旱環境的養分需求。
第三，揭示了土壤碳氮循環過程對干旱時間和干旱強度的響應規律。發現土壤CO2和根系呼吸先增加后降低，而土壤氮排放（如N2和N2O）持續降低，發現短期干旱激發了土壤微生物呼吸速率。發現長時期和高強度的干旱對土壤碳氮過程均表現出顯著的抑制作用，但是，土壤碳氮循環過程會逐漸趨向穩定，表明生態系統對長時期高強度的干旱有自適應能力。
總體上，干旱對土壤碳氮循環的影響受生態系統類型、干旱持續時間和強度的調控。此外，干旱強度越高、持續時間越長，干旱效應就越大，尤其是對CO2排放量的影響越大，其隨干旱強度和持續時間的增加而降低。
該研究得到國家、中科院有關項目的資助。
全文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103501
日期：2021-03-04
極端干旱對陸地碳（C）、氮（N）循環的庫、通量和過程均有重要影響，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、氮庫和通量對干旱的響應并探討其機理，該研究基于全球134個地點1815份干旱（降水減少）試驗數據結果，綜合評估了森林、灌木和草地三個主要自然生態系統中土壤碳氮循環對干旱的響應。
第一，闡明了干旱對生態系統土壤碳氮循環關鍵過程的影響機制。研究發現由于干旱降低植物生產力，導致凋落物輸入量減少（-8.7%）和凋落物分解量減少（-13.0%），進而降低了土壤有機碳含量（-3.3%）。與此同時，干旱增加了礦質氮含量（+31%），但降低了氮礦化速率（-5.7%）和硝化速率（-13.8%），導致全氮含量基本保持不變。發現干旱導致土壤中可溶性有機碳和氮的積累量分別增加了+59%和+33%。
第二，明確不同生態系統類型下土壤碳氮過程對干旱響應機理。發現干旱使森林土壤氮礦化速率和硝化速率降低，而對總CO2排放量并沒有顯著影響，但卻使灌木土壤CO2排放量降低（-15%）。發現草地對干旱的適應能力高于森林和灌木，其土壤微生物可通過提高酶的活性進而獲取更多的土壤氮營養以滿足其對干旱環境的養分需求。
第三，揭示了土壤碳氮循環過程對干旱時間和干旱強度的響應規律。發現土壤CO2和根系呼吸先增加后降低，而土壤氮排放（如N2和N2O）持續降低，發現短期干旱激發了土壤微生物呼吸速率。發現長時期和高強度的干旱對土壤碳氮過程均表現出顯著的抑制作用，但是，土壤碳氮循環過程會逐漸趨向穩定，表明生態系統對長時期高強度的干旱有自適應能力。
總體上，干旱對土壤碳氮循環的影響受生態系統類型、干旱持續時間和強度的調控。此外，干旱強度越高、持續時間越長，干旱效應就越大，尤其是對CO2排放量的影響越大，其隨干旱強度和持續時間的增加而降低。
該研究得到國家、中科院有關項目的資助。
全文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103501
日期：2021-03-04
