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來源：土壤有機(jī)礦物互作（2024年12月11日）  解讀：楊子杰 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 指導(dǎo)：伍松林 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 指導(dǎo)：武慧 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心  研究亮點(diǎn)
研究思路  摘要 微生物殘?bào)w被視為土壤有機(jī)碳（SOC）積累的主要來源，特別是在生物土壤結(jié)皮（biocrusts）的初期形成階段。盡管微生物殘?bào)w在土壤碳循環(huán)中扮演重要角色，但關(guān)于其在biocrusts初期形成過程中對SOC積累的貢獻(xiàn)，以及驅(qū)動微生物殘?bào)w積累、分解和穩(wěn)定化的因素，目前仍缺乏定量信息。本研究通過調(diào)查biocrusts形成過程中的微生物殘?bào)w組成，探討了其在SOC固定中的作用。研究在黃土高原的沙質(zhì)土壤上進(jìn)行，包括裸沙（Bare sand）、藍(lán)藻階段（Cy）、藍(lán)藻-苔蘚階段（Cy-Mo）、苔蘚-藍(lán)細(xì)菌階段（Mo-Cy）和苔蘚階段（Mo）等五個階段。發(fā)現(xiàn)微生物殘?bào)w對SOC的貢獻(xiàn)在12%到25%之間，其中真菌殘?bào)w對SOC的貢獻(xiàn)高于細(xì)菌殘?bào)w。微生物殘?bào)w主要通過顆粒有機(jī)碳（POC）和礦物結(jié)合有機(jī)碳（MAOC）的形式參與SOC的積累。研究還發(fā)現(xiàn)，微生物氮限制和粘土保護(hù)是影響微生物殘?bào)w積累和分解的關(guān)鍵因素。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解biocrusts在初期土壤形成過程中的作用，特別是在干旱和半干旱地區(qū)的碳循環(huán)和土壤質(zhì)量改善方面。 科學(xué)問題 微生物殘?bào)w物質(zhì)，包括真菌和細(xì)菌殘?bào)w物質(zhì)，在生物結(jié)皮形成時間序列中初始土壤形成過程中如何促進(jìn) SOC 積累？ 細(xì)胞外酶、有效營養(yǎng)物質(zhì)、顆粒物和礦物相關(guān)有機(jī) C 對微生物殘?bào)w量積累有什么影響？ 哪些土壤特性是微生物殘?bào)w量積累和分解的最關(guān)鍵決定因素(基于微生物養(yǎng)分限制及其殘?bào)w量含量)？  結(jié)果 1 微生物殘?bào)w對SOC積累的貢獻(xiàn) 研究發(fā)現(xiàn)，在biocrusts的初期形成過程中，與裸沙相比，0-2厘米土壤層中的真菌和細(xì)菌殘?bào)w含量增加（圖1a-b）。微生物殘?bào)w對SOC的貢獻(xiàn)范圍在12%到25%之間，且真菌殘?bào)w對SOC的貢獻(xiàn)高于細(xì)菌殘?bào)w（圖1c-d）。此外，隨著biocrusts的形成，真菌和細(xì)菌殘?bào)w的比例發(fā)生了變化，真菌殘?bào)w的比例增加。細(xì)菌殘?bào)w對SOC的貢獻(xiàn)范圍在2.6%到約7.7%，而真菌殘?bào)w在不同biocrusts階段對SOC的貢獻(xiàn)范圍在10%到21%（圖1e-f）。微生物殘?bào)w與SOC之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明微生物殘?bào)w是SOC積累的重要來源。 圖 1.各階段中真菌殘?bào)w量碳(C)和細(xì)菌殘?bào)w量C的動態(tài)變化 2 微生物營養(yǎng)限制和粘土含量對微生物殘?bào)w積累和分解的影響 研究發(fā)現(xiàn)，隨著biocrusts的形成，與氮獲取相關(guān)的酶活性增加，包括β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨肽酶(LAP)和堿性磷酸酶(AP)，這表明微生物對氮的需求增加。通過酶活性與微生物生物量比例的分析，發(fā)現(xiàn)微生物營養(yǎng)限制隨biocrusts的形成而減少，特別是氮限制。微生物殘?bào)w與酶活性之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明微生物殘?bào)w的積累與酶活性的增加有關(guān)（圖2）。研究還發(fā)現(xiàn)，粘土含量與微生物殘?bào)w積累之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明粘土含量對微生物殘?bào)w的積累有保護(hù)作用。微生物殘?bào)w與SOC之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明微生物殘?bào)w是SOC積累的重要來源（圖3）。 圖 2.各階段中與氮獲取相關(guān)酶活性的動態(tài)變化 圖 3.a:BSC水平和土壤中酶化學(xué)計(jì)量的載體向量和角度。b~f:土壤酶活性的化學(xué)計(jì)量分析 3 Biocrusts形成和微生物殘?bào)w積累對土壤有機(jī)質(zhì)組分的影響 研究發(fā)現(xiàn)，SOC含量與POC和MAOC含量呈正相關(guān)，表明這些組分共同參與了SOC的積累（圖4a）。微生物殘?bào)w與土壤有機(jī)質(zhì)組分之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明微生物殘?bào)w是土壤有機(jī)質(zhì)組分形成的重要來源（圖4b）。POC與MAOC之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明POC和MAOC在SOC積累中相互關(guān)聯(lián)。粘土含量與微生物殘?bào)w積累之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明粘土含量對微生物殘?bào)w的積累有保護(hù)作用。微生物殘?bào)w與土壤粘土和粉砂含量之間存在正相關(guān)關(guān)系，表明較高的粘土和粉砂含量有助于微生物殘?bào)w的積累（圖5d-e）。 圖 4.SOC與POC和MAOC的回歸分析; 真菌、細(xì)菌和微生物殘?bào)w團(tuán)C與微生物殘?bào)w質(zhì)量C和SOC各形式的回歸分析 圖 5.微生物殘?bào)w質(zhì)量C與SOC各類形式的回歸分析；土壤粘土和淤泥含量與細(xì)菌和真菌殘?bào)w質(zhì)量C的回歸分析 總結(jié) 本文探討了生物土壤結(jié)皮在黃土高原初期土壤形成過程中對土壤有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)，微生物殘?bào)w作為土壤有機(jī)碳的主要來源，尤其是在生物土壤結(jié)皮的初期形成階段；生物土壤結(jié)皮初期形成的獨(dú)特性，包括微生物對氮的需求和粘土保護(hù)對微生物殘?bào)w積累和再循環(huán)的控制；揭示了微生物營養(yǎng)限制和粘土含量在生物土壤結(jié)皮初期形成過程中對微生物殘?bào)w積累和分解的關(guān)鍵作用。 參考文獻(xiàn)： Wang, B.-R., Huang, Y., Li, N., Yao, H., Yang, E., Andrey Soromotin, Yakov Kuzyakov, V.S. Cheptsov, Yang, Y. and An, S. (2022). Initial soil formation by biocrusts: Nitrogen demand and clay protection control microbial necromass accrual and recycling. Soil Biology and Biochemistry,167(108607),pp.108607–108607. doi:https:///10.1016/j.soilbio.2022.108607. |
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