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作者与发表信息

该研究由Wolfram Buss、Heath Hasemer、Scott Ferguson和Justin Borevitz共同完成，作者均来自澳大利亚国立大学（Australian National University）的研究生物学学院。该研究于2024年发表在《Global Change Biology》期刊上，文章标题为“Stabilisation of soil organic matter with rock dust partially counteracted by plants”，DOI为10.1111/gcb.17052。

学术背景

该研究的主要科学领域是土壤有机质（Soil Organic Matter, SOM）的稳定化及其与岩石风化的关系。全球气候变化背景下，减少温室气体排放和通过土地管理改变去除大气中的温室气体成为迫切需求。岩石风化被认为是一种潜在的碳捕获和储存方法，尤其是富含钙（Ca）和镁（Mg）的硅酸盐岩石。然而，岩石风化对土壤有机质稳定化的影响尚未得到充分研究。因此，该研究旨在探讨岩石风化对土壤有机质稳定化的影响，并分析植物在这一过程中的作用。

研究流程

研究分为多个步骤，主要包括土壤和岩石样本的准备、土壤孵化和小麦植物试验、土壤分析、植物元素含量分析、微生物组成分析以及数据分析。

1. 土壤和岩石样本准备
   研究使用了来自澳大利亚新南威尔士州的农业表层土壤（0-20厘米），土壤经过干燥和储存后用于试验。岩石样本来自澳大利亚维多利亚州的玄武岩和花岗岩混合物，经过研磨至粒径小于90微米。

2. 土壤孵化和小麦植物试验
   试验采用完全因子设计，包括岩石添加与否、小麦种植与否以及高/低水分处理。试验在生长室内进行，模拟了澳大利亚新南威尔士州的昼夜和季节光温条件。试验持续6个月，期间定期浇水并记录植物生长情况。

3. 土壤分析
   试验结束后，对土壤进行了碳含量、无机碳含量、pH值、电导率（EC）等指标的测定。此外，还进行了土壤碳的三池分馏（three-pool soil carbon fractionation）和两池分馏（two-pool soil carbon fractionation），以区分不同形式的有机碳。

4. 植物元素含量分析
   对小麦植物的根、茎和籽粒进行了元素含量分析，包括钙、镁、硅等元素的含量。

5. 微生物组成分析
   通过宏基因组测序（shotgun metagenomics）分析了土壤微生物的组成，探讨了岩石添加和植物生长对微生物群落的影响。

6. 数据分析
   使用R语言进行统计分析，包括方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验。微生物数据通过ANCOM-BC方法进行分析，并使用非度量多维标度（NMDS）进行聚类分析。

主要结果

1. 岩石风化与无机碳封存
   岩石添加显著提高了土壤的无机碳含量，尤其是在有植物存在的情况下。岩石风化还增加了土壤的pH值和电导率，并提高了土壤中可交换的钙和镁含量。

2. 岩石添加对有机碳的保护作用
   岩石添加显著增加了矿物相关有机质（Mineral-Associated Organic Matter, MAOM）和微团聚体中的有机碳含量。在无植物的情况下，岩石添加使微团聚体中的有机碳含量增加了46%。

3. 植物对岩石风化作用的抵消
   植物生长部分抵消了岩石添加对有机碳的保护作用。研究表明，植物通过释放根系分泌物溶解微量营养元素（如锰和锌），导致钙和镁的流失，从而减少了微团聚体的形成和有机碳的稳定化。

4. 微生物组成变化
   岩石添加对土壤微生物组成的影响较小，但水分处理显著影响了微生物群落的聚类。

结论

该研究表明，富含钙和镁的硅酸盐岩石的添加可以通过提供次生矿物和可交换的钙、镁离子来稳定土壤有机质，尤其是在无植物的情况下。然而，植物生长通过改变土壤化学条件和释放根系分泌物，部分抵消了岩石添加对有机碳的保护作用。这一发现揭示了岩石风化在土壤碳封存中的潜力，尤其是在解决微量营养元素缺乏问题时，岩石添加可以显著提高土壤有机质的稳定化。

研究亮点

1. 重要发现
   岩石添加显著提高了土壤有机质的稳定化，尤其是在无植物的情况下。植物生长通过改变土壤化学条件，部分抵消了这一效应。

2. 方法创新
   研究采用了三池和两池土壤碳分馏技术，结合宏基因组测序，全面分析了岩石风化对土壤有机质和微生物群落的影响。

3. 研究对象的特殊性
   研究聚焦于玄武岩和花岗岩混合物的风化作用，探讨了其在土壤碳封存中的潜力，为全球气候变化背景下的碳捕获和储存提供了新的思路。

其他有价值的内容

研究还探讨了岩石风化对土壤微量元素（如锰、锌、铁）含量的影响，发现岩石添加显著降低了土壤中可交换的锰和锌含量，这可能对植物生长产生不利影响。这一发现为未来研究提供了新的方向，即如何在岩石添加的同时解决微量营养元素缺乏的问题。

该研究通过系统的实验设计和多方面的数据分析，揭示了岩石风化在土壤有机质稳定化中的潜力及其与植物生长的复杂关系，为全球气候变化背景下的碳封存提供了新的科学依据。