土壤有机碳（SOC）稳定性是维持农业生态系统可持续性的关键因素。集约化农业实践对SOC稳定性构成的威胁已成为全球关注的焦点。然而，由于惰性有机碳的高度时空异质性，仅依靠总SOC含量难以准确评估农田管理措施的短期和中期效应。相比之下，活性SOC组分（如颗粒有机碳（POC）、溶解性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）和易氧化有机碳（ROC））对环境变化更为敏感，可作为土壤质量的早期指示指标。土壤酶作为土壤生物地球化学循环的关键驱动者，能够快速响应农田管理措施，调控有机质转化与积累过程。然而，土壤酶（PE）系统如何介导农田管理措施（SMPs）影响SOC稳定性的机制尚未完全阐明。针对这一科学问题，研究团队基于125项同行评审研究进行meta分析，评估SMPs对PE活性和SOC组分的影响。结果表明：
SMPs显著提高了SOC（22.96%）、MBC（35.88%）、DOC（22.26%）、ROC（15.10%）和POC（35.26%），并增强β-葡萄糖苷酶（BG，35.62%）、α-葡萄糖苷酶（AG，31.06%）、纤维二糖水解酶（CBH，26.76%）、β-木糖苷酶（XYL，29.94%）及过氧化物酶（PER，8.92%）活性（图1）。农田生态系统中SOC、MBC和DOC增幅最大（26.53%、42.33%、29.78%）。复合肥料（NPK+COM）和有机肥（OF）处理对SOC组分和酶活性的提升效果优于单一氮磷肥（图2-3）。SOC响应比与BG（R²=0.52）、CBH（R²=0.41）活性呈显著正相关（图4）。MBC与BG/AG/CBH/XYL/PER活性、DOC与BG/AG/CBH/PO活性亦显著相关。氧化酶（PO、PER）与水解酶（XYL、BG）的协同作用表明，SMPs通过调节酚类物质和能量分配影响SOC动态。SOC响应比受年均温度（MAT，P<0.05）、初始SOC（P<0.05）和pH（P<0.05）调控。当MAT>20℃、初始SOC<10 g/kg、pH>7.7时，SOC积累最高（38.33%，图5）。结构方程模型（SEM）显示，气候条件（MAT）和初始土壤性质（pH、SOC）通过调控微生物活动间接影响SOC（图6）。
这些发现深化了对土壤酶活性调控SOC矿化与积累机制的认识，为优化肥料配施方案和提高土壤碳封存效率提供了理论依据。相关研究成果发表于国际期刊European Journal of Agronomy上，中国科学院沈阳应用生态研究所研究生刘兴为论文第一作者，姜楠研究员和陈振华副研究员为通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDA28090300）等项目的资助
论文信息如下：
https://www./science/article/abs/pii/S116103012500139X
图1 土壤管理措施对土壤化学性质和酶活性的平均百分比变化（%）的平均值和95%CI。SOC：土壤有机碳，MBC：微生物生物量碳，DOC：溶解性有机碳，ROC：易氧化有机碳，POC：颗粒有机碳，BG：β–葡萄糖苷酶，AG：α–葡萄糖苷酶，CBH：纤维二糖水解酶，XYL：β–木糖苷酶，PO：酚氧化酶，PER：过氧化物酶，NO3 -N：硝态氮，NH 4 +-N：铵态氮，AP：有效磷，URE：尿素酶，PRO：蛋白酶，NAG：β-1，4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶，NAG：亮氨酸氨基肽酶，DHA：还原酶，AcP：酸性磷酸酶，AlP：碱性磷酸酶。垂直虚线为零线，右侧数字表示观测样本量（下同）。
|
图2不同土壤管理措施对碳组分响应的影响 |
图3不同土壤管理措施对碳相关酶活性响应的影响 |
|
B：生物炭，GM：绿色肥，N：氮肥，N + COM：氮肥与其他有机物料配施，NPK：复合肥，NPK + COM：NPK：与其它有机物料结合的复合肥，OF：有机肥，P：磷肥，R：残渣或秸秆 |
|
图4 SOC响应率与碳相关酶响应率之间的关系。线和灰色阴影区域是所有数据斜率的平均值和95%CI
图5 不同纬度地区土壤管理措施对土壤有机碳（SOC）、年平均气温（MAT）和降水量（MAP）、土壤初始有机碳和pH值的百分比变化（%）
图6 不同条件下土壤管理措施调控土壤有机碳的结构方程模型。A、B、C、D和E表示模型解释的方差（R²）。箭头上的数字为标准化通径系数；箭头表示通径系数的大小