中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站王克林研究員團(tuán)隊(duì)在喀斯特富鈣基巖提升土壤多功能性的機(jī)制方面取得進(jìn)展，相關(guān)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(guān)鍵帶的下邊界，深刻塑造著土壤性質(zhì)與功能。一方面，基巖類(lèi)型和風(fēng)化通過(guò)礦物釋放和養(yǎng)分供給影響土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分來(lái)源；另一方面，基巖化學(xué)組成通過(guò)調(diào)節(jié)土壤理化環(huán)境，進(jìn)而塑造微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，影響土壤固碳和養(yǎng)分固持等關(guān)鍵土壤功能。富鈣基巖（或成土母質(zhì)）在全球廣泛分布，涵蓋碳酸鹽巖、硅酸鹽巖（如富鈣變質(zhì)巖）等，具有多樣的風(fēng)化特征。其中，碳酸鹽巖風(fēng)化速率顯著高于其它富鈣基巖，可能在較短時(shí)間尺度上對(duì)土壤功能產(chǎn)生更強(qiáng)的調(diào)控作用。盡管已有研究揭示了喀斯特碳酸鹽巖對(duì)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(jī)制框架。
本研究結(jié)合野外調(diào)查和室內(nèi)微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)探討了富鈣碳酸鹽巖對(duì)土壤功能的影響及其微生物機(jī)制。野外調(diào)查以西南典型水熱梯度樣帶為研究區(qū)，對(duì)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(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，揭示巖石鈣含量與土壤功能之間的關(guān)聯(lián)。為進(jìn)一步驗(yàn)證碳酸鹽巖對(duì)高鈣土壤功能的持續(xù)效應(yīng)，設(shè)計(jì)了在富鈣土壤中添加碳酸鹽巖粉末的微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)碳酸鹽巖風(fēng)化是否仍能提升土壤功能潛力。
結(jié)果表明：（1）喀斯特土壤有機(jī)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(jī)碳及與碳相關(guān)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(xì)菌網(wǎng)絡(luò)復(fù)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(guān)；（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(jìn)土壤碳、氮、磷積累及微生物網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性增強(qiáng)的主要驅(qū)動(dòng)因子；（4）微宇宙培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，即使在高鈣土壤中，添加碳酸鹽巖粉末仍能在短期內(nèi)促進(jìn)土壤碳氮循環(huán)過(guò)程，并增強(qiáng)細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。富鈣碳酸鹽巖提升土壤功能的作用機(jī)制主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，巖石風(fēng)化釋放的鈣不僅直接促進(jìn)碳和養(yǎng)分在土壤中的積累，還通過(guò)增強(qiáng)細(xì)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(lái)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(fēng)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(tuán)隊(duì)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(guò)強(qiáng)化微生物與礦物互作過(guò)程促進(jìn)土壤有機(jī)碳積累。本研究進(jìn)一步將基巖化學(xué)性質(zhì)與微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤功能相結(jié)合，闡明了三者之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，證實(shí)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(yīng)”，有助于為喀斯特生態(tài)功能提升提供以巖石風(fēng)化為核心的理論支撐。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
富鈣碳酸鹽巖風(fēng)化提升土壤功能機(jī)制