文獻(xiàn)分享丨研究人員發(fā)現(xiàn)土壤微生物對易分解有機(jī)碳添加的快速響應(yīng)受溫度調(diào)控
2018年，由普瑞億科聯(lián)合中科院地理所共同設(shè)計(jì)研發(fā)的PRI-8800全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注。該設(shè)備旨在為科研人員提供室內(nèi)變溫培養(yǎng)模擬野外環(huán)境的條件，讓科研可以更廣、更深層次地開展。
本期，我們將與大家分享的是一篇利用PRI-8800和同位素示蹤技術(shù)發(fā)表的新文章，主要闡述了不同溫度下微生物對易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)的利用情況。
溫度如何影響土壤微生物對易分解有機(jī)碳輸入的快速響應(yīng)？土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）分解的溫度敏感性（Q10）在短期內(nèi)如何受到易分解有機(jī)碳輸入的影響？我們一起學(xué)習(xí)一下吧！
土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳分配與轉(zhuǎn)化的核心部位。土壤有機(jī)碳主要來源于凋落物、根系周轉(zhuǎn)和根系分泌物的輸入，而土壤有機(jī)碳的輸出主要是土壤有機(jī)質(zhì)分解將碳排放到大氣中的過程。土壤微生物是生物地球化學(xué)循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)者, 對陸地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)具有重要作用。如圖1，在自然生態(tài)系統(tǒng)中，易分解有機(jī)碳（LOC）向土壤中的輸入是常見的自然現(xiàn)象，如，植物根系分泌物的連續(xù)輸入，降雨時(shí)雨水?dāng)y帶有機(jī)物質(zhì)向土壤深層的滲入等，這種有機(jī)碳以連續(xù)或者脈沖的形式向土壤的輸入對土壤碳庫的形成和穩(wěn)定具有重要影響。
另外，全球氣候變暖加之大氣CO2濃度升高，預(yù)計(jì)植被生產(chǎn)力的提高將導(dǎo)致植被向土壤輸入更多的碳，也可能由于“激發(fā)效應(yīng)”而對土壤碳庫造成更大的不確定性。然而，長期以來，由于受到測量技術(shù)的限制，目前仍不清楚溫度如何影響土壤微生物對易分解有機(jī)碳輸入的快速響應(yīng)，以及土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）分解的溫度敏感性（Q10）在短期內(nèi)如何受到易分解有機(jī)碳輸入的影響。
圖1 自然生態(tài)系統(tǒng)中易分解有機(jī)碳向土壤輸入的概念圖
針對以上問題，研究人員利用團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的PRI-8800和同位素示蹤技術(shù)，將δ13C標(biāo)記的葡萄糖添加到采集自內(nèi)蒙古草原的土壤中，在53小時(shí)的培養(yǎng)期內(nèi)，在分鐘尺度上測定了不同溫度下（10, 15, 20, 25 ℃）微生物對易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)的利用情況。研究結(jié)果表明，微生物對易分解有機(jī)碳輸入的反應(yīng)是迅速的，易分解有機(jī)碳的添加促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解（圖2）；隨著溫度的升高，微生物利用易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)的呼吸比例增加，更多的易分解有機(jī)碳被用于呼吸作用（圖3）。此外，易分解有機(jī)碳輸入在短期內(nèi)顯著增大了土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性，但這種影響隨著易分解有機(jī)碳的消耗而逐漸減?。▓D4）。
圖2 不同的溫度處理下微生物呼吸速率和CO2累積排放
圖3 微生物利用不同碳源（易分解有機(jī)碳vs土壤有機(jī)質(zhì)）呼吸作用的比例
圖4 易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性變化
近期，相關(guān)研究成果以“Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe”為題在線發(fā)表于國際土壤學(xué)領(lǐng)域主流期刊《Soil Biology and Biochemistry》（IF5 = 8.312）。中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院2019級博士研究生李超為本論文第一作者，中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院肖春旺教授和中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所何念鵬研究員為本論文的共同通訊作者；其他貢獻(xiàn)作者還包括法國巴黎文理研究大學(xué)的Bertrand Guenet教授、李明旭博士和徐麗博士。本研究得到了國家自然科學(xué)基金（No. 42141004, 31988102, 32171544）和中央民族大學(xué)研究生科研實(shí)踐項(xiàng)目（NO. BZKY2021075）的資助。
近幾年，何念鵬團(tuán)隊(duì)利用其原創(chuàng)的“連續(xù)變溫培養(yǎng)+連續(xù)自動(dòng)測定模式”（簡稱VCM模式）和與北京普瑞億科聯(lián)合研究的PRI-8800，在土壤有機(jī)質(zhì)分解速率、Q10及其調(diào)控機(jī)制方面取得了系列進(jìn)展，在《Global Change Biology》和《Soil Biology and Biochemistry》等期刊發(fā)表了15篇科研論文。
2022年，PRI-8800全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測量系統(tǒng)全新升級，將在5月重磅推出，敬請期待！
相關(guān)論文信息
1.Li, C., Xiao, C.W., Guenet, B., Li, M.X., Xu, L., He, N.P. 2022. Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe. Soil Biology and Biochemistry 167, 108589. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108589.
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