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旱作农田土壤有机碳高效固存机制研究

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  • 主要完成单位:新萄京娱乐手机版农业环境与可持续发展研究所,辽宁省新萄京娱乐手机版,中国科学院沈阳应用生态研究所
  • 主要完成人员:刘恩科,杜章留,白 伟,娄翼来,徐文华,董雯怡
  • 起  止  时  间 :2007年7月—2015年1月
  • 获  奖  情  况 :2016年新萄京娱乐手机版青年科技创新奖
  • 内  容  提  要 :
  

  项目围绕旱作农田土壤有机碳的转化、保护和稳定等基础过程开展了系统的研究工作、在外源有机物质输入对土壤有机碳转化的影响、微生物在有机碳转化中的关键作用、土壤团聚体对有机碳的保护和稳定机制等方面取得了一系列重要成果。

  1、发现旱作农田外源有机碳加入对原有土壤有机碳的激发效应深刻影响碳固定、外源输入碳在土壤中的分配规律受碳饱和程度的影响

  从土壤碳饱和理论和有机质稳定机理入手、发现在碳饱和度较低的土壤以化学保护机制为主、在碳饱和程度较高的土壤中则以物理保护机制及非保护的活性有机碳组分为主、这为进一步探索旱地有机碳的高效固存机理提供了重要线索、发现旱地土壤不同层次有机碳转化规律不同、探索了干湿交替与激发效应相互关系对有机碳转化的影响、为有机碳模型开发和温室气体排放估算提供理论依据。

  2、发现有机碳转化和激发效应的关键微生物菌群、揭示旱作土壤有机碳固定和稳定的微生物学机制

  发现旱作土壤有机碳转化和固定与低碳代谢微生物区系及功能具有共演化规律、当土壤有机碳固定效率提高时、伴随着微生物熵增高、真菌优势度提高、碳呼吸率降低和酶强度提高等过程、本项目利用稳定同位素探针技术、揭示了玉米和小麦秸秆分解过程中真菌和细菌主导作用的差异性、定性分析出各降解时期起关键作用的微生物菌群、揭示了引起激发效应的关键微生物菌群、为旱作农田温室气体排放监测和有机碳高效固存微生物的筛选提供了重要科学依据。

  3、发现团聚体碳饱和效应具有等级性、揭示了旱作有机碳固存的生物物理过程

  发现长期外源有机物质投入首先在大团聚体富集、但大团聚体并没有达到饱和态、而在微团聚体和粉粘粒组分中发现了碳饱和迹象、从团聚体尺度上揭示了有机碳的饱和效应、发现外源有机物改变土壤微生物的生境、调控真菌/细菌比例、导致微团聚体组分向以真菌为主导的微生物群落结构转变、进而影响有机物质分解速率和分解过程、为旱地固碳措施和耕作制度优化提供理论依据。

  该项目的发现为科学认识旱作农田有机碳转化做出了贡献、为有机碳的高效固存提供了科学依据。本项目10篇代表性论文、著作他引379次、SCI他引233次、单篇最高他引114次、单篇最高SCI他引68次。代表性专著《中国北方旱地农田土壤有机碳》获国家科学技术学术著作出版基金资助、1篇代表性论文ESI评为高被引论文(被引用次数处于世界前1%)、被Geoderma期刊评为自2010年以来25篇高引用率文章之一。

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