近日，中國農業科學院草原研究所草地土壤健康培育與功能提升團隊揭示，合理圍封恢復促進了半干旱草原碳循環，并增加了碳固存。該研究為圍封恢復在促進草地恢復和固碳減排關鍵調控機理方面提供理論支持。相關研究成果發表在《總環境科學》（Science of the Total Environment）上。
地下微生物參與多種循環過程，諸如碳固定、甲烷代謝和碳降解，并通過限制二氧化碳對大氣的排放，在草地恢復演替過程中發揮著重要作用。草地圍封管理措施改變了土壤的物理化學特性，快速影響微生物群落的組成與功能，并改變了碳循環等生物地球化學過程。
然而，在草地恢復時間序列中，關于二氧化碳排放和甲烷吸收的時間動態仍不清楚。該研究通過對不同圍封時間（0年、7年、16年、25年和38年）下的土壤二氧化碳排放和甲烷吸收、二氧化碳和甲烷產生和還原相關的基因（cbbL、cbbM、chiA和pmoA），以及相關的微生物群落進行系統研究，揭示了半干旱草原土壤二氧化碳排放和甲烷吸收的機制和潛力。研究表明，適當的圍封恢復時間可以顯著改善土壤的理化條件、植被群落和土壤碳循環。碳循環功能基因的豐度、二氧化碳排放和甲烷吸收速率隨著圍封時間的延長呈現出單峰模式，在16年達到峰值，然后在25年到38年之前遞減。這表明圍封時間過長，草地恢復效果減弱。
碳循環功能基因和微生物群落的變化主要受地上生產力的影響，并與二氧化碳、甲烷、土壤含水量和土壤有機碳相關。土壤有機碳含量和pmoA基因豐度的增加導致了地上初級生產力的增加，分別加速了二氧化碳排放和甲烷吸收速率。
研究結果突出了與碳循環相關功能基因在放牧—圍封轉化過程中對固碳和土壤肥力的重要調節作用，對未來草地管理政策的實施具有重要指導意義。
該研究得到了國家自然基金、國家重點研發計劃、內蒙古自然基金和科技計劃項目的聯合支持。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.164423