青藏科考

全球生态系统中微生物残体是土壤有机碳的主要来源

文章来源 :
2021-12-07 09:00

尽管越来越多的证据表明微生物残体是重要的土壤有机碳来源,但在全球尺度农田、草地和森林土壤微生物残体对有机碳(SOC)的贡献尚未进行定量化研究。该研究基于0-150厘米土体深度内的氨基葡萄糖和胞壁酸含量,在全球尺度(青藏高原样点数为30个)估计了农田、草地和森林土壤微生物残体含量及其对有机碳积累的贡献(图1)。


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图1 研究样点分布图


研究结果表明农田、草地和森林土壤(0-20cm表层土壤)中微生物残体碳对有机碳的平均贡献分别为51%、47%和35%(图2)。这一结果表明土壤有机碳形成的微生物途径(即微生物残体的续埋效应)在耕地和草地土壤占主要地位,而植物途径(即难分解植物残体的物理迁移)在森林中占主导地位。草地和森林土壤中微生物残体对SOC的贡献随土层深度的增加而增加,而在农田土壤中随土层深度的增加而降低(图2)。农田土壤中的细菌:微生物残体比值和细菌:真菌残体比值大于草地和森林土壤,表明农田土壤中较多的细菌残体碳积累。


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图2 全球农田、草地和森林土壤微生物残体对有机碳的贡献,微生物残体积累系数,真菌:细菌残体比值的土壤剖面变化特征


所选变量中的降水、温度和土壤pH值是控制微生物残体的重要气候和环境因素,较低的温度和土壤pH值(如在温带和寒带生态系统中)促进真菌和细菌残体积累。这些发现表明,细菌:真菌残体比值的变化和微生物残体对SOC的贡献因不同生态系统类型而异。微生物残体是土壤有机碳形成的重要来源(图3),真菌和细菌残体对SOC的贡献与活体微生物群体的主导地位相对应,并取决于土地利用、土壤深度、年平均降水量、年平均温度和土壤pH值(图4)。

同时本研究发现,微生物残体积累系数随区域(如青藏高原草地的微生物残体积累系数低于蒙古草原;Zhang et al,2021, SBB)和土层变化。而目前关于青藏高原地区土壤微生物残体的形成/稳定机制及其环境因素调控过程尚缺乏系统研究,该区域植物源碳和微生物源碳对土壤有机碳积累的贡献如何随土地利用方式和土层变化需进一步深入。


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图3 土壤真菌、细菌和总的微生物残体与有机碳和全氮之间的关系


本研究以“Microbial necromass as the source of soil organic carbon in global ecosystems为题发表于国际著名土壤学期刊《Soil Biology and Biochemistry》。中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心王宝荣博士为论文第一作者,安韶山研究员为通讯作者。该研究工作得到了第二次青藏高原综合科学考察研究专题“典型土地利用变化的环境效应考察研究”(2019QZKK0603),中国科学院A类战略性先导科技专项子课题“土壤侵蚀定量评价与分区防控对策”(XDA20040202),国家自然科学基金(41877074和42077072)等项目的联合资助。


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图4 全球农田、草地和森林土壤微生物残体含量及其对有机碳积累的贡献


原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071721002960