【时 间】2019年6月15日9:00-11:30
【地 点】兰州大学草科院碧野楼四楼报告厅
【参会者】Thomas Scholten教授、程晓莉研究员、兰州大学草业科学学院及生命科学学院部分师生
应兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室和草地农业科技学院邀请，德国蒂宾根大学（Eberhard-Karls-University Tübingen）Thomas Scholten教授和中国科学院武汉植物园程晓莉研究员于2019年6月15日在我校访问并做学术报告，报告内容具体如下。
报告一：青藏高原冻土区土壤有机碳库及有机碳储量变化（德国蒂宾根大学Thomas Scholten教授）
青藏高原面积约为2.5×106 km2，平均海拔4000m，可视为第三极，是地球上海拔最高、纬度最低的永久冻土带，受永久冻土影响的面积占其总面积54.3%，其碳储存量是中国土壤总有机碳的23%，年平均温度自20世纪70年代以来增加0.2-0.4℃，降水量大约减少6%。与极地高纬度冻土带相似，青藏高原高原约三分之二的面积受到多年冻土的影响。该地区土壤有机碳含量较高，高寒草原土壤有机碳含量约为7.4-33.52 Pg，青藏高原是区域乃至全球范围内地球环境演化的重要区域，对全球变暖尤为敏感。
1.青藏高原永冻土逐渐退化
在过去的几十年里，10%的青藏高原永冻土已经退化，随着这一退化的继续，随着变化的继续，它们的影响将远远超出这片与世隔绝的高原，改变数十亿人的供水，并改变了大半个地球的大气循环。人们发现高纬度-低纬度永久冻土区的退化比以前更加明显。土壤是陆地生态系统中生命赖以生存的基本资源，对全球碳循环具有特别重要的意义。全球环境变化在很大程度上是由人类活动引起的，它影响气候和土壤，并因此重新确定了它们在生态系统功能中的作用。
2.景观背景下的土壤发育过程
下图为景观背景下的土壤发育过程，经历侵蚀、运输和沉积作用逐渐形成永冻土。青藏高原土壤发生具有三个基本特征：发育较早，多基因形成频繁，多种侵蚀和低温过程引发强烈退化现象。土壤发育阶段是一个重要的预测因子。这些主要的土壤群代表了不同的成熟度阶段，从最初的土壤形成到长期发育的永久冻土条件下的土壤。土壤发育通常是年轻的，并且随着时间的推移经常受到干扰或中断。因此，在一些剖面中可以观察到残余层，主要是腐殖质层，代表稳定阶段。控制这些过程的最重要因素是近期活跃的风积作用，冲淡表层土壤的化学成分或将发育的土壤完全掩埋。这表明沉积碳酸盐岩和碱的强烈趋势往往也会迁移到较深的地层，可由碳酸盐岩的假菌丝体结构识别。
图1景观背景下的土壤发育过程
3.冻土退化及其对生态系统功能的影响
在目前的气候条件下，有两个过程是冻土退化和相应的低碳和低碳青藏高原土壤N含量：（1）在较暖、较干条件下，矿化度较高；（2）风成沉积物的沉积。因此，在气温升高和年降水量减少的情况下，永久冻土区可能会吸收大量的C。由于青藏高原广大地区的土壤水文条件受多年冻土控制，水分的影响更加严重。较高的土壤水分和较好的土壤有机碳品质可能会提高生态系统中的植物生产力和基质利用率，从而提高土壤中的C和N含量，其超过了温度所产生的影响。
报告结束后，Thomas Scholten教授对同学们提出的问题进行了耐心细致的解答并作了简短的交流。
报告二：土壤碳氮循环对土地利用和凋落物输入变化的响应—以丹江口库区生态系统为例（中国科学院武汉植物园程晓莉研究员）
随着近代以来人类活动的加剧，对世界范围内的植被和土地利用格局带来了深远的影响，进而影响植被类型，改变凋落物的数量和质量。
1.土壤碳库及其稳定机制
课题组通过设计：去根处理（深挖至母岩，直至看不见根为止，四周围上100目尼龙网）、去凋落物处理、去根+去凋落物处理、添加双倍凋落物处理，以探究：（1）微生物群落结构与土壤碳、氮动态变化的交互作用；（2）土壤团聚体中微生物活性及13C、15N的动态；（3）土壤微生物群落结构与酶活性；（4）退耕还林对土壤C库动态的影响；（5）土壤C、N耦合关系及作用；（6）土壤N库变化与过程。
研究发现，经两年去根和无碳输入处理（NR和NRNI）后，>2000µm的大团聚体含量较对照降低23.4%和27.7%，其中碳含量也较对照有所降低，团聚体稳定性同步下降；粘粒和粉粒（<53µm）含量较对照增加43.9%和64.8%；去除和添加地上凋落物（NL和DL）对土壤团聚体粒径分布及团聚体稳定性均无显著影响，而大团聚体的含量与土壤有机碳的含量呈显著的正相关关系，进一步证实大团聚体对土壤有机碳维持的重要作用。
实验同时发现，造林增加了土壤有机碳的含量。随着土壤C/N比的降低，凋落物投入增加，腐烂率降低，宏观团聚体C增加，进而导致了高RIC和低RIN的出现。添加凋落物处理显著降低了大团聚体（> 2000µm）和C含量；地上凋落物的去除和添加（DL和NL）对上述指标没有显著影响。此外，土壤中不稳定有机碳含量在去除凋落物处理中显著下降，而稳定有机碳含量相对稳定，根系在土壤固碳调控中的作用相对稳定。
图1 耕地扩张减少了生物多样性和土壤碳储量
2.温室气体释放对土地利用变化和凋落物输入变化的响应
土壤在所有土地利用类型（灌丛、林地、农田）中都只充当大气CH4的库（其中灌丛>林地>农田），并呈现出SOC和MBC含量高，C/N比低的现象。与农田相比，林地和灌丛的同位素分馏系数较低。在所有凋落物处理试验中，土壤都扮演着CH4库、源的角色。凋落物去除处理降低了CH4净含量及其吸收量，而去除根系则对CH4影响不显著。
3.土壤碳氮循环的酶活性调控机制
试验发现，当土壤较为干燥时，添加凋落物处理对土壤甲烷氧化速率没有显著影响；而当土壤较为湿润时，添加凋落物显著降低了甲烷氧化速率，较对照组降低了47.1%。土壤C含量和有效N含量是调控C分解速率的主要因素。农田土壤C/N比和施肥和耕作条件对土壤大颗粒团聚体中RIC指数贡献显著；氮素水解酶的作用可以提高造林后土壤的固碳能力，并减轻造林后植物对氮素的约束。
图2 土壤有机碳的稳定机制（左）；土壤碳氮循环的酶活性的调控（右）
Thomas Scholten教授，德国蒂宾根大学（Eberhard-Karls-University Tuebingen）土壤科学和地貌学教授，研究方向主要涉及环境与地貌、地质生态学、土壤科学和土壤侵蚀等方面。研究项目遍及南非、以色列、中国、尼泊尔、瑞士和德国。截止2019年初，发表学术论文158篇，会议论文276篇，参编著作8部，获得包括欧盟（EU），德国研究基金会（DFG）和德国联邦教育与研究部（BMBF）等15个机构的研究资助。Thomas Scholten教授从2004年起成为欧洲水土保持学会（ESSC）的理事会成员；2012年至2015年担任德国土壤科学学会（DBG）主席；2016年当选为德国国家科学与工程学院（German National Academy of Science and Engineering）的正式成员。
程晓莉，中国科学院武汉植物园研究员，博士，博士生导师。主要从事土壤生态学和土壤碳氮等物质生物地球化学循环过程对全球环境变化响应的相关研究。先后主持和参加了多项由国家自然科学基金委员会、中国科学院和国家科技部资助的研究项目。目前已在国内外学术刊物上发表SCI论文70余篇，近5年来第一作者和通讯作者的论文40余篇。代表性论文分别发表在Global Change Biology, Soil Biology & Biochemistry，Agricultural and Forest Meteorology等国际期刊上。
课题组卢爽、杨育苗供稿
2019年6月27日
