密歇根州立大学(Michigan State University)植物、土壤和微生物科学系教授亚历山德拉?
这项研究结果发表在上周的科学杂志《自然通讯》上，揭示了土壤孔隙结构对促进土壤碳积累和保护的重要性。
“了解碳是如何在土壤中储存的对于思考气候变化的解决方案是很重要的，”菲尔·罗伯逊说，他是大学植物、土壤和微生物科学的杰出教授，也是这项研究的合著者。“这也是思考土壤肥力的重要方式，因此，作物产量也很重要。”
这项研究是通过MSU 大湖生物能源研究中心,由美国能源部资助,从而,凯洛格生物Station Long-term 生态Research 计划由美国国家科学基金会资助,或NSF,它是由NSF的地球科学分工。
在9年的时间里，研究人员在密歇根州西南部进行了一项重复的田间试验，研究了五种不同的种植制度。在五种种植制度中，只有植物多样性高的两种制度土壤碳含量较高。Kravchenko和她的同事利用x射线微断层扫描和微尺度酶标来展示孔隙结构如何影响这些系统中的微生物活动和碳保护，以及植物多样性如何影响有利于碳储存的土壤孔隙的发育。
美国国家科学基金会环境生物学部门的约翰·谢德说，研究结果可能会改变人们对碳和气候如何在植物和土壤微生物群落中相互作用的理解。
“这清楚地证明了一种独特的机制，通过这种机制，生物群落可以改变环境，从而对碳循环产生根本影响。”谢德说。
“科学家们总是倾向于这样一种假设，即新碳进入土壤的地方，也是它被微生物处理并随后被储存和保护的地方。”Kravchenko说。“我们发现，为了得到保护，碳必须移动;它不能在它进入的地方受到保护。”
科学家们传统上认为，土壤的聚集物，即土壤颗粒的团簇，是碳稳定储存的主要场所。
然而，最近的证据表明，最稳定的碳似乎是微生物产生有机化合物，然后吸附到土壤矿物颗粒上的结果。研究进一步表明，根系所形成的土壤孔隙为这种情况的发生提供了理想的栖息地。
特别重要的是来自植物多样性较高的生态系统的土壤。经过恢复的草原生态系统的土壤中有许多不同的植物种类，与纯柳枝稷相比，土壤中有更多大小合适的孔隙来稳定碳储存。
“我们在原生草原上发现的，可能是由于不同物种的根之间的所有相互作用，整个土壤基质被一个孔隙网络覆盖，”Kravchenko说。“因此，输入碳的位置与可以保护它的矿物表面之间的距离很短。
“因此，土壤正在吸收大量的碳。在单一栽培柳枝稷中，孔隙网络要弱得多，因此微生物代谢产物有更长的时间才能到达保护性矿物表面，”Kravchenko解释道。
罗伯逊说，这项研究可能会促使农民在试图增加土壤碳储存时关注植物多样性。
“我们过去认为，向土壤中排放更多碳的主要方式是让植物产生更多的生物量，要么作为根，要么作为留在土壤表面分解的残渣。”罗伯森说。
“这项研究指出的是，有比这种野蛮的方法更聪明的储存碳的方法。如果我们能够设计或培育出有利于这种土壤孔隙度的生根特性的作物，从而有利于土壤碳稳定，这将是设计能够更快地生成碳的系统的一个非常聪明的方法。”
凯洛格生物站长期生态研究项目主任尼克·哈达德说，根据这些发现进行的研究将继续发现改善农业生态系统和景观可持续性的方法。
哈达德补充说:“长期研究表明，植物多样性可以以令人惊讶的方式造福于弹性农业系统所需的微生物。”
(媒体注意:请在网络报道中加入到原文的链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-11057-4)
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