侵蚀导致表土稀释对油菜根系生长、碳同化输入及土壤周转的影响：探寻土壤碳动态的关键机制

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Impact of Erosion-Induced Topsoil Dilution on Rapeseed Root Growth, Assimilate C Input, and Turnover in the Soil

为解决土壤侵蚀导致表土稀释对土壤碳动态影响不明的问题，研究人员开展了不同表土稀释水平下油菜生长的相关研究。结果表明，增加表土稀释可提高根系和根际沉积的碳输入，但矿物结合态有机碳（MAOM）组分中稳定态碳未增加。该研究为理解侵蚀土壤碳动态提供依据。

　　在广袤的农业土地上，土壤侵蚀就像一场无声的 “掠夺者”，悄然改变着土壤的命运。它不仅影响植物的生长和养分循环，还让土壤中碳的 “故事” 变得扑朔迷离。土壤侵蚀过程中，表土不断被带走，下层土壤混入表土，这种表土稀释现象对土壤碳动态的影响充满了争议。目前，人们并不清楚土壤侵蚀到底是让土壤成为二氧化碳（CO₂）的 “储存库” 还是 “排放源”，也不了解作物生长过程中同化碳输入对土壤碳形成和稳定的作用机制。在这样的背景下，莱布尼茨农业景观研究中心（Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research，ZALF）等机构的研究人员决心揭开这层神秘的面纱，开展了相关研究。

研究人员进行了盆栽实验，选用了一种强侵蚀的裸潜淋溶土（Nudiargic Luvisol），将不同比例（0%、12%、24%）的下层土壤（Bt material）混入表土（Ap material）模拟不同程度的表土稀释。实验对象为春油菜（Brassica napus L.），在茎伸长生长阶段对其进行¹⁴C 脉冲标记，21 天后测定同化¹⁴C 在植物 - 土壤系统中的分布。

实验主要采用了以下关键技术方法：一是¹⁴C 脉冲标记技术，用于追踪同化碳在植物 - 土壤系统中的去向；二是土壤样品的分级分离技术，将土壤分离为颗粒有机 matter（POM）、矿物结合态有机 matter（MAOM）和溶解有机碳（DOC）等不同组分；三是化学分析技术，测定土壤各组分中的碳含量和¹⁴C 活性 。

研究结果如下：

• 土壤特性：未改良的表土（Ap，100%）与下层土壤（Bt，100%）相比，总氮（TN）、总硫（TS）、总无机碳（TIC）、土壤有机碳（SOC）和 pH 等水平显著更高。随着下层土壤掺入比例增加，SOC、TIC、植物有效磷（P）和植物有效钾（K）逐渐降低，而粘土结合的铝氧化物（Al_o、Al_d）和铁氧化物（Fe_o、Fe_d）含量显著增加。
• 植物生长和¹⁴C 标记碳的分配：不同处理间地上部碳含量无显著差异，但总根碳随着表土稀释逐渐增加，根冠比（R:S）也显著提高。¹⁴C 标记碳的分配随着表土稀释从地上部分向地下部分转移，土壤和根系系统的¹⁴C 输入增加，地下呼吸的¹⁴C 输出也相应增加，剩余¹⁴C 同样增加。此外，种植盆中地下总 CO₂释放量随着表土稀释增加，而裸土盆中则逐渐减少。
• ¹⁴C 在土壤有机碳库中的掺入：保留的同化碳在总 POM（cPOM，>300μm，fPOM，>53μm）组分中的比例最高（43 - 50%），其次是 MAOM（41 - 45%）和 DOC（5 - 13%）。随着表土稀释，cPOM 中¹⁴C 活性略有增加，fPOM 中¹⁴C 活性保持稳定，MAOM 中¹⁴C 活性不受影响，DOC 中¹⁴C 活性呈下降趋势，但差异均不显著。

研究结论和讨论部分指出，表土稀释确实增加了通过根系和根际沉积向土壤的碳输入，这证实了研究的第一个假设。然而，尽管 MAOM 具有较高的同化碳稳定潜力，但在本研究的短期内，其组分中同化碳的稳定并没有显著增加，这与第二个假设不符。这可能是由于研究时间较短，根系残体没有足够时间分解转化为适合在 MAOM 中稳定的形式，也可能是受方法学限制，无法准确检测到 MAOM 中同化碳的稳定增加。

这项研究的意义重大，它让人们更深入地了解了侵蚀诱导的表土稀释对土壤碳动态的影响，为后续研究提供了方向。未来需要开展长期研究，观察根系残体的分解和稳定过程，采用更精细的分析方法，明确土壤碳稳定的途径，并进行田间尺度的研究，探究表土稀释对土壤有机碳储存和 CO₂汇潜力的更广泛影响。该研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上，为土壤科学和植物营养领域的发展做出了重要贡献。