喀斯特富钙基岩风化提升土壤多功能机制取得进展
作者：环江站 更新时间：2025-10-11
中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站王克林研究员团队在喀斯特富钙基岩提升土壤多功能性的机制方面取得进展，相关研究成果近期以Calcium-rich parent materials enhance multiple soil functions and bacterial network complexity为题发表在Communications Earth & Environment，张伟、王克林研究员为论文通讯作者，胡培雷副研究员为第一作者。
基岩作为关键带的下边界，深刻塑造着土壤性质与功能。一方面，基岩类型和风化通过矿物释放和养分供给影响土壤结构和养分来源；另一方面，基岩化学组成通过调节土壤理化环境，进而塑造微生物群落结构和功能，影响土壤固碳和养分固持等关键土壤功能。富钙基岩（或成土母质）在全球广泛分布，涵盖碳酸盐岩、硅酸盐岩（如富钙变质岩）等，具有多样的风化特征。其中，碳酸盐岩风化速率显著高于其它富钙基岩，可能在较短时间尺度上对土壤功能产生更强的调控作用。尽管已有研究揭示了喀斯特碳酸盐岩对特定土壤功能（如碳固定）的影响，但尚缺乏将基岩-微生物-土壤功能耦合的机制框架。
本研究结合野外调查和室内微宇宙培养实验，系统探讨了富钙碳酸盐岩对土壤功能的影响及其微生物机制。野外调查以西南典型水热梯度样带为研究区，对比喀斯特（富钙碳酸盐岩）与非喀斯特（贫钙碎屑岩）土壤功能与微生物网络复杂性，揭示岩石钙含量与土壤功能之间的关联。为进一步验证碳酸盐岩对高钙土壤功能的持续效应，设计了在富钙土壤中添加碳酸盐岩粉末的微宇宙培养实验，检验碳酸盐岩风化是否仍能提升土壤功能潜力。
结果表明：（1）喀斯特土壤有机碳、全氮和全磷含量分别比非喀斯特土壤高33%、58%和55%，但活性有机碳及与碳相关的水解酶活性较低，土壤持水能力差异不显著；（2）喀斯特土壤细菌网络复杂性显著高于非喀斯特土壤，且与多种土壤功能呈显著正相关；（3）碳酸盐岩发育的石灰土，其钙含量水平与基岩钙含量具有继承性特征，是促进土壤碳、氮、磷积累及微生物网络复杂性增强的主要驱动因子；（4）微宇宙培养实验证实，即使在高钙土壤中，添加碳酸盐岩粉末仍能在短期内促进土壤碳氮循环过程，并增强细菌网络复杂性。富钙碳酸盐岩提升土壤功能的作用机制主要体现在两个方面：一方面，岩石风化释放的钙不仅直接促进碳和养分在土壤中的积累，还通过增强细菌群落互作与代谢效率，提升土壤功能；另一方面，碳酸盐岩中伴有氮（来源于沉积岩特性）和磷灰石等矿物，较高的钙含量意味着更快的风化溶解速率，可同步释放更多氮、磷等养分，提升土壤功能。
研究团队前期发表于Environmental Science & Technology (2024) 以及Soil Biology and Biochemistry (2023 ，2022) 的研究，揭示了喀斯特土壤通过强化微生物与矿物互作过程促进土壤有机碳积累。本研究进一步将基岩化学性质与微生物群落结构及土壤功能相结合，阐明了三者之间的内在关联，证实富钙碳酸盐岩在提升土壤多功能性与维持养分循环方面展现出显著的“超限效应”，有助于为喀斯特生态功能提升提供以岩石风化为核心的理论支撑。
实验设计
富钙碳酸盐岩风化提升土壤功能机制