土壤是陆地生态系统中最大的碳(C)库。即使土壤碳库的微小变化也可能会显著影响大气中二氧化碳(CO2)的浓度。因此，准确评估土壤C库对全球变化的响应至关重要。
我们从加州大学圣克鲁兹分校校园收集了0-25cm的森林、草地和农田土壤。在每个生态系统中，随机选择4个位置。在每个地点用预称重的铜管(内径5cm，高25cm)收集4个原状土柱，然后立即带到实验室。将每个生态系统的16个土柱分为4组，分别进行4个处理(图1): i)无干扰控制(CK)，ii)通过5mm筛(S)，iii) 在45℃环境下干燥24小时，并立即复湿到采样时土壤湿度(DW)，和iv) 通过5mm筛，在45℃环境下干燥24小时，并立即复湿到采样时土壤湿度(S+DW)。
图1 本研究采用的无扰动控制(CK)、过筛(S)、干-复湿(DW)、过筛+干-复湿(S+DW)的图解
实验结果表明，最初三个生态系统的土壤呼吸速率急剧下降，然后保持稳定（图2）。在三个生态系统中土壤呼吸速率在干湿条件下均明显高于没有干湿处理。但土壤呼吸速率对干湿处理的响应在不同时间趋于消失。林地18天左右，草地11 天左右，耕地21天以上。
图2三个生态系统中的瞬时土壤呼吸速率(RR)，在培养6小时(a-c)和21天 (d-f)的变化。森林(a、d)、草地(b、e)和农田(c、f)，在不同物理干扰下，对照(CK)、过5mm筛(S)、干湿(DW)、5mm过筛+干湿(S+DW)。
同时meta 分析表明，CO2脉冲平均维持在25天左右 (图3)。这可能与土壤有效基质和微生物生物量的减少有关。因此，当预培养时间不够长时，干湿处理对土壤呼吸速率的影响可能被高估。
实验和meta分析的结果都清楚地表明，在受控的实验室条件下，土壤呼吸主要受干湿的影响，而不是过筛的影响。若将预培养时间延长至18天或以上，可避免森林和草地土壤初始扰动引起的CO2脉冲。农田土壤比森林和草地土壤更容易受到过筛和干湿复合的影响，这可能与扰动历史的差异有关。综上所示，这些结果可能有助于更好地设计和解释SOM分解的实验室培养实验。
图3本研究3个生态系统(森林、草地和农田，每个生态系统n = 20)和我们在Web of Science中搜索的相关文章中其他生态系统(n = 244)的土壤呼吸速率(RR)复湿后的效应大小。效应量计算为过筛加干-复湿处理的土壤呼吸相对于过筛处理的土壤呼吸(过筛后的土壤水分总是保持在最佳恒定值)。灰色区域表示直线的95%置信区间。每个符号代表一个观察结果。effect size> 0表示正效应，effect size< 0表示负效应。
本研究于2021年12月23日以“Drying-rewetting rather than sieving stimulates soil respiration”为题在线发表在Pedosphere杂志上。重庆三峡学院林俊杰教授为论文第一和通讯作者，北京大学朱彪研究员为论文共同通讯作者。美国加州大学圣克鲁斯分校Weixin Cheng教授和浙江大学张帅博士为论文的共同作者。本研究得到了国家自然科学基金(31770529和31988102)、重庆市教育委员会科技攻关计划(KJZD-K202001203、KJZD-K202003501、WEPKL2018ZD-05)、重庆市科学技术委员会(cstc2020jcyj- msxmX0095)的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/S1002-0160(21)60079-6
