长期施肥对中国农田土壤团聚体碳储量及固碳效率的影响机制研究

推荐：针对长期施肥如何影响中国农田土壤团聚体碳分布的关键科学问题，研究人员通过整合53项研究229组数据开展meta分析，揭示了平衡化肥(BCF)、有机-无机配施(CMF)和有机肥(MF)分别使大团聚体(LM)、小团聚体(SM)碳储量提升43.3%和32.4%，并首次量化了团聚体尺度固碳效率(CSE)的温度响应规律，为优化农业固碳策略提供了理论依据。

　　

土壤作为全球最大的陆地碳库，其有机碳(SOC)储量甚至超过大气和植被碳库的总和。然而，农田开垦导致全球SOC损失高达50%，而科学管理又可能逆转这一趋势。这其中，土壤团聚体作为SOC的"保险箱"，通过物理保护机制显著影响碳循环过程。但长期以来，不同施肥模式如何通过改变团聚体结构来调控碳分布？哪些因素决定团聚体尺度的固碳效率？这些问题制约着农业固碳潜力的准确评估。中国农业科学院Man Cheng团队在《Soils and Foundations》发表的研究，通过整合全国53个长期定位试验数据，首次系统揭示了施肥-团聚体-气候的互作机制。

研究采用meta分析方法，整合了覆盖中国五大农业区的229组配对数据，包含大团聚体(LM, >2000 μm)、小团聚体(SM, 250-2000 μm)、微团聚体(MIC, 53-250 μm)和粉粘粒(SC, <53 μm)四个粒级。通过计算碳储量变化量(ΔAC_i)与碳输入量(ΔC_input)的线性回归斜率，创新性提出了团聚体尺度固碳效率(CSE)指标。

研究结果部分，"长期施肥对土壤团聚作用及碳分布的影响"显示：所有施肥处理使LM和SM碳储量显著增加32-43%，其中CMF和MF效果是BCF的2-3倍。值得注意的是，"不同气候条件下施肥类型的影响"揭示MAP 600-1000mm和MAT 8-15℃时团聚体碳储量增幅最大，而极端气候会削弱30-50%的固碳效果。"初始土壤特性对碳分布的影响"则发现当初始SOC<10 g kg^-1时，CMF可使LM碳储量提升102%。

最具突破性的发现体现在"团聚体固碳效率及其调控因素"部分：SM展现出最高CSE(8.8%)，而SC为负值(-0.6%)。每升温1℃，SM的CSE降低0.8%，但SC反而增加0.3%。通过偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析，证实气候通过双重途径影响CSE——直接负效应和通过改善土壤化学性质的间接正效应。

讨论部分深入阐释了"团聚体层级理论"的生态意义：宏团聚体是短期的"碳热点"，而微团聚体是长期的"稳定岛"。研究建议采取"两阶段"管理策略：前20年优先施用易分解有机物料促进宏团聚体形成，后期转向木质类物料以增强微团聚体固碳。这些发现不仅解释了我国农田固碳效率的空间异质性，更为应对气候变化提供了理论依据——在变暖背景下，需通过优化有机无机配施比例，协同发挥宏团聚体的碳捕获能力和粉粘粒的稳定能力。该研究建立的"施肥-团聚体-气候"定量关系框架，对实现"双碳"目标下的农田精准管理具有重要指导价值。