中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團隊在喀斯特富鈣基巖提升土壤多功能性的機制方面取得進展，相關研究成果近期以Calcium-rich parent materials enhance multiple soil functions and bacterial network complexity為題發(fā)表在Communications Earth & Environment，張偉、王克林研究員為論文通訊作者，胡培雷副研究員為第一作者。
基巖作為關鍵帶的下邊界，深刻塑造著土壤性質與功能。一方面，基巖類型和風化通過礦物釋放和養(yǎng)分供給影響土壤結構和養(yǎng)分來源；另一方面，基巖化學組成通過調節(jié)土壤理化環(huán)境，進而塑造微生物群落結構和功能，影響土壤固碳和養(yǎng)分固持等關鍵土壤功能。富鈣基巖（或成土母質）在全球廣泛分布，涵蓋碳酸鹽巖、硅酸鹽巖（如富鈣變質巖）等，具有多樣的風化特征。其中，碳酸鹽巖風化速率顯著高于其它富鈣基巖，可能在較短時間尺度上對土壤功能產生更強的調控作用。盡管已有研究揭示了喀斯特碳酸鹽巖對特定土壤功能（如碳固定）的影響，但尚缺乏將基巖-微生物-土壤功能耦合的機制框架。
本研究結合野外調查和室內微宇宙培養(yǎng)實驗，系統(tǒng)探討了富鈣碳酸鹽巖對土壤功能的影響及其微生物機制。野外調查以西南典型水熱梯度樣帶為研究區(qū)，對比喀斯特（富鈣碳酸鹽巖）與非喀斯特（貧鈣碎屑巖）土壤功能與微生物網絡復雜性，揭示巖石鈣含量與土壤功能之間的關聯(lián)。為進一步驗證碳酸鹽巖對高鈣土壤功能的持續(xù)效應，設計了在富鈣土壤中添加碳酸鹽巖粉末的微宇宙培養(yǎng)實驗，檢驗碳酸鹽巖風化是否仍能提升土壤功能潛力。
結果表明：（1）喀斯特土壤有機碳、全氮和全磷含量分別比非喀斯特土壤高33%、58%和55%，但活性有機碳及與碳相關的水解酶活性較低，土壤持水能力差異不顯著；（2）喀斯特土壤細菌網絡復雜性顯著高于非喀斯特土壤，且與多種土壤功能呈顯著正相關；（3）碳酸鹽巖發(fā)育的石灰土，其鈣含量水平與基巖鈣含量具有繼承性特征，是促進土壤碳、氮、磷積累及微生物網絡復雜性增強的主要驅動因子；（4）微宇宙培養(yǎng)實驗證實，即使在高鈣土壤中，添加碳酸鹽巖粉末仍能在短期內促進土壤碳氮循環(huán)過程，并增強細菌網絡復雜性。富鈣碳酸鹽巖提升土壤功能的作用機制主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，巖石風化釋放的鈣不僅直接促進碳和養(yǎng)分在土壤中的積累，還通過增強細菌群落互作與代謝效率，提升土壤功能；另一方面，碳酸鹽巖中伴有氮（來源于沉積巖特性）和磷灰石等礦物，較高的鈣含量意味著更快的風化溶解速率，可同步釋放更多氮、磷等養(yǎng)分，提升土壤功能。
研究團隊前期發(fā)表于Environmental Science & Technology (2024) 以及Soil Biology and Biochemistry (2023 ，2022) 的研究，揭示了喀斯特土壤通過強化微生物與礦物互作過程促進土壤有機碳積累。本研究進一步將基巖化學性質與微生物群落結構及土壤功能相結合，闡明了三者之間的內在關聯(lián)，證實富鈣碳酸鹽巖在提升土壤多功能性與維持養(yǎng)分循環(huán)方面展現(xiàn)出顯著的“超限效應”，有助于為喀斯特生態(tài)功能提升提供以巖石風化為核心的理論支撐。
實驗設計
富鈣碳酸鹽巖風化提升土壤功能機制
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