028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

日期: 2022-02-08
标签:

原名:Depth-dependent drivers of soil microbial necromass carbon across Tibetan alpine grasslands

译名:青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

期刊:Global Change Biology

2020年影响因子: 10.863

在线发表时间:2021.11.02

第一作者:Mei He

通讯作者:Yuanhe Yang

第一单位:中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室

研究背景

微生物坏死碳(C)被认为是持久性土壤碳库的重要贡献者。然而,目前还缺乏对不同土层特别是高山生态系统微生物坏死量C的大规模系统观测。此外,植物碳输入和矿物性质等生物和非生物变量在调节微生物坏死量C方面的相对重要性是否会随土壤深度而改变尚不清楚。


研究方案

沿着青藏高原约2200公里的高寒草地样带进行了大规模采样,共采集了36个地点的表土和底土样品(Figure 1a),并根据氨基糖估算了微生物残体C的含量。为了探索微生物残体C的关键决定因素,检测了各种生物和非生物因素,包括植物碳输入、微生物性质(如微生物生物量C (MBC)、总磷脂脂肪酸(PLFAs))、矿物保护(粘土含量、铁/铝氧化物和交换性钙)和土壤理化性质(如:土壤温度、有机碳与全氮比)。进一步采用方差分解分析(VPA)和结构方程模型(SEM)定量分析了这些因素对土壤微生物残体C空间变化的相对贡献。


主要研究结果

在36个采样点,表层和深层土壤的微生物残体C分别为0.55 ~ 34.78和0.40 ~ 15.19 mg g-1 dry soil,平均值分别为9.57, 1.72和3.29, 0.57 mg g-1 dry soil. 高寒草原、高寒草甸以及整个高寒草地的微生物残体C均随土壤深度的增加而显著降低(Figure 1 c)。与总微生物残体C一致,真菌和细菌残体C在表土中显著高于底土(Figure S1)。而在有机碳归一化条件下,两种草地类型的土壤微生物残体C含量均无显著差异(高寒草原:P = 0.47;高寒草甸:P = 0.40)或整个高寒草甸(P = 0.28,Figure S2)。有趣的是,高寒草地微生物残体C对土壤有机碳的贡献显著低于全球草地 (表土:45.4% vs 58.1%;底土:41.7% vs. 53.7%; Figure S3)。

微生物残体C的主要决定因素与土壤深度有关。在表土中,微生物残体C随植物C输入量、MBC、总PLFAs、真菌PLFAs和细菌PLFAs的增加而显著增加(Figure 2a-e)。与黏土含量、Caexe、Feo+Alo和Fep+Alp也表现出正相关 (Figure 3a-d)。此外,微生物残体C随土壤理化参数的变化而变化,与土壤水分和有机碳/全氮 (Figure 4b-d),但与土壤pH值呈负相关(Figure 4c),与土壤温度没有显著关系 (Figure 4a)。与表土相似,底土微生物残体C与植物C输入量、总PLFAs、细菌PLFAs (Figure 2f, h, j),粘土含量,Caexe, Feo+Alo, Fep+Alp (Figure 3e-h) 呈正相关。与土壤湿度(Figure 4f),与土壤pH值(Figure 4g),但不受土壤温度(Figure 4e)和SOC/TN (Figure 4h)的调控。

VPA和SEM结果共同表明,微生物残体C的主导驱动因素在不同土壤深度之间存在差异 (Figure 5-7)。对于表层土壤,VPA结果表明植物C输入和矿物保护在调节整个研究区微生物残体C的积累中发挥了重要作用。植物C的输入和矿物保护完全解释了92.6%的微生物残体C的空间变异 (Figure 5a)。SEM分析还表明,微生物残体C主要受植物C输入和矿物保护的直接影响 (Figure 6a),标准化直接效应分别为0.48和0.55 (Figure 7a)。此外,植物C的输入通过调节土壤pH和矿物保护间接影响微生物残体C (Figure 7a)。VPA结果表明,与表层土壤相比,在深层土壤中,矿物保护对微生物残体C变化的解释比例(30.1%)远高于植物C输入(4.1%) ( Figure 5b)。SEM分析证实了矿物保护在调节土壤微生物残体C中的重要作用 (Figure 6b)。生物和非生物因素共同解释了62%的微生物残体C的空间变异 (Figure 6b)。其中,矿物保护对微生物残体C的直接影响最大,而植物C的输入对最终的SEM没有直接影响 (Figure 7b)。

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 1 Geographic distributions of sampling sites (a) and frequency distributions of microbial necromass C in the topsoil (b) and subsoil (d) across Tibetan alpine grasslands, and comparison of microbial necromass C between the two soil depths in alpine meadow, alpine steppe and the whole alpine grassland (c). The vegetation map is derived from China's Vegetation Atlas (Editorial Committee for Vegetation Map of China, 2001). The horizontal lines and circles inside each box represent the medians and the mean values, respectively. The ends of the boxes show the 25th and the 75th quartiles, and the whiskers indicate the standard deviation (SD), respectively.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 2 Relationships between microbial necromass C and biotic factors including plant C input (a, f), MBC (b, g), total PLFAs (c, h), fungal PLFAs (d, i) and bacterial PLFAs (e, j). Blue and yellow symbols represent data points in the topsoil and subsoil, respectively. The solid cycles and triangles represent data points from alpine steppe (n = 22) and alpine meadow (n = 14), respectively. The solid lines were fitted by ordinary least-squares regressions, and the shadow areas corresponded to 95% confidence intervals. * and ** represent significant level at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. MBC: microbial biomass carbon. PLFAs: phospholipid fatty acids.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 3 Relationships between microbial necromass C and mineral protection including clay content (a, e), Caexe (b, f), Feo+Alo (c, g) and Fep+Alp (d, h), respectively. Blue and yellow symbols represent data points in the topsoil and subsoil, respectively. The solid cycles and triangles represent data points from alpine steppe (n = 22) and alpine meadow (n = 14), respectively. The solid lines were fitted by ordinary least-squares regressions, and the shadow areas corresponded to 95% confidence intervals. * and ** represent significant level at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. Caexe: exchangeable Ca2+; Feo+Alo: sum of pyrophosphate-extractable Fe/Al oxides; Fep+Alp: sum of oxalate-extractable Fe/Al oxides.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 4 Relationships between microbial necromass C and soil physicochemical properties including soil temperature (a, e), soil moisture (b, f), soil pH (c, g) and SOC/TN (d, h), respectively. Blue and yellow symbols represent data points in the topsoil and subsoil, respectively. The solid cycles and triangles represent data points from alpine steppe (n = 22) and alpine meadow (n = 14), respectively. The solid lines were fitted by ordinary least-squares regressions, and the shadow areas correspond to 95% confidence intervals. * and ** represent significant level at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. SOC: soil organic carbon; TN: total nitrogen.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 5 Results of variation partitioning analyses illustrating the relative contribution of plant C input and mineral protection to microbial necromass C in the (a) topsoil and (b) subsoil. The retained mineral variables by stepwise regression model were Caexe and Feo+Alo in both the topsoil and subsoil. X1 and X2 indicate the pure effect of each type of variable, and X3 suggests the joint effect of two types of variables. Caexe: exchangeable Ca2+; Feo+Alo: sum of pyrophosphate-extractable Fe/Al oxides; Fep+Alp: sum of oxalate-extractable Fe/Al oxides.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 6 Structural equation models (SEM) revealing the direct and indirect effects of biotic and abiotic factors on microbial necromass C in topsoil (a) and subsoil (b). Black and red solid arrows indicate positive and negative associations, respectively. Dotted lines represent pathways that are not significant. Numbers adjoining the arrows indicate significant standardized path coefficients. The arrow width is proportional to the strength of the association. The multiple-layer rectangles indicate the first component from the PCA of mineral and microbial properties, and the vertical arrows within it represent the positive relationships between adjacent variables and the corresponding PC1. SOC: soil organic carbon; TN: total nitrogen; PLFAs: phospholipid fatty acids; MBC: microbial biomass carbon. Caexe: exchangeable Ca2+; Feo+Alo: sum of pyrophosphate-extractable Fe/Al oxides; Fep+Alp: sum of oxalate-extractable Fe/Al oxides; *, P < 0.05; **, P < 0.01; ***, P < 0.001.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 7 Standardized effects of each variables from the structural eaquation modelling (SEM) analysis. (a) and (b) represent standardized direct effects of plant C input and mineral protection in the top and subsoil, respectively; (c) and (d) correspond to standardized indirect effects of soil moisture, soil pH and and plant C input in the topsoil and subsoil, respectively. The values adjacent to the column represent the standardized coefficients in SEM.


结论

基于大规模调查和室内分析相结合的方法,青藏高原高寒草地表层和深层土壤微生物残体 C对有机碳的贡献率均高达40%。微生物残体C的主导因素也与土壤深度有关: 植物C输入的作用随着土壤深度的增加而减弱,而矿物保护的作用则随着土壤深度的增加而增强。因此,本研究强调土壤深度之间微生物残体碳的差异控制应纳入地球系统模型,以减少土壤碳动态预测中的不确定性。本研究还表明,矿物保护似乎是控制深层土壤微生物残体C长期稳定的关键机制,这可能会减缓气候变化下潜在的正C-气候反馈效应。

  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2025 - 01 - 09
    文献解读原名:Decadal application of mineral fertilizers alters the molecular composition and origins of organic matter in particulate and mineral-associated fractions译名:十年的矿质施肥改变颗粒态和矿物结合态组分有机质的分子组成和来源期刊:SBBIF:9.8发表时间:2023.07第一作者:Zhichao Zou摘要背景:长期矿质施肥对土壤有机质(SOM)的数量、质量和稳定性的影响仍不明确。方法:通过结合四种生物标志物(自由与结合态脂类、木质素酚和氨基糖),研究中国北方农田在10年矿质施肥下(400 kg N ha−1 yr−1, 120 kg P ha−1 yr−1 和 50 kg K ha−1 yr−1)的SOM的分子组成、分解和来源。我们关注于两个差异化的SOM组分:颗粒态有机质(POM)和矿质结合态有机质(MAOM)。结果:尽管施肥对全土SOC的影响有限,但导致MAOM中SOC增加23%,并且改变了其组成和来源。施肥使POM中植物源的萜类化合物增加46%,MAOM中长链脂类(≥20)增加116%,但是降低了POM中54%的短链脂类(结论:矿质施肥通过改变温带农业生态系统中矿物-有机复合体的分子组成和固存,增加SOM的稳定性和持久性。研究背景SOM能够维持土壤肥力、促进土壤水分存留和有机碳(SOC)固存,对农业生态系统的功能的发挥至关重要。在典型的农田,大量矿质肥料的输入增加了作物生产力,导致大量的碳(C)通过残体、根系及其分泌物进入土壤,随后改变了SOM周转。然而,我们对SOC稳定和固存对营养施肥的响应方向和程度的基础理解仍然不明确。之前的研究报道了农业生态系统中施肥管理导致更高、中性以及甚至更低的SOC水平。在集...
  • 点击次数: 0
    2025 - 01 - 02
    文献解读原名:Temperature-dependent soil storage: Changes in microbial viability and respiration in semiarid grasslands译名:随温度变化的土壤储存:半干旱草原微生物活力和呼吸作用的变化期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:9.8线上发表日期:2024年12月发表日期:2025年3月通讯作者:田建卿(中国科学院植物研究所)亮点(1)相比于-20℃,在4℃下储存土壤细胞的存活率更高。(2)在 4 °C 下温和解冻 3 天可优化冻土中的细胞活力。(3)土壤呼吸对储存的响应取决于土壤类型。背景土壤微生物是生物地球化学循环的关键引擎,也是土壤有机碳 (SOC) 分解和稳定的关键驱动因素。理想情况下,研究人员应在取样后立即对新鲜土壤进行大多数微生物活动和微生物介导的土壤生物地球化学分析,然而,由于实际限制,在低温下储存土壤是土壤微生物学研究中的常见做法,可能会影响微生物活力和微生物介导的呼吸作用,几十年来,不适当的储存条件导致了已发表的研究中相互矛盾的结论。目前对储存过程中活微生物参数的变化和微生物介导的呼吸仍然缺乏了解。材料与方法(1)于2022年8月和2023年5月在从内蒙古草原生态系统研究站(IMGERS;116◦42′E,北纬43°38′,海拔约1260米)。中国内蒙古自治区采集了4种类型的土壤,包括大针茅(S.grandis)、羊草(L.chinensis)、西林河流域草甸(湿地)和浑善达克沙地(沙质)土壤。之后将4种类型的土壤样本分别在4℃和 -20℃下储存 0、5、40 和210天。对于在-20℃下保存的土壤,作者采用了两种解冻方法:室温下直接解冻和4 ℃下温和解冻(gentle thaw...
  • 点击次数: 0
    2024 - 12 - 06
    # 栢晖 #—特色检测指标—土壤、植物酶活检测氨基糖、PLFA及其同位素、磷组分木质素酚、CUE、有机氮组分、有机酸氨基酸、微生物量碳氮磷、同位素等苯多羧酸、红外光谱、微生物多样性等其他土壤、植物、水体等常规检测指标均可测定欢迎联系下方相关工作人员详细沟通
  • 点击次数: 0
    2024 - 11 - 29
    文献解读原名:Rhizosphere as a hotspot for microbial necromass depositioninto the soil carbon pool译名:根际是微生物残体进入土壤碳库的热点区期刊:Journal of EcologyIF: 5.3发表日期:2024.11.15第一作者:汪其同背景森林土壤是陆地生态系统最大的有机碳(SOC)库,高效发挥森林土壤碳汇功能是实现“双碳”战略目标的重要途径之一。相应地,科学认识森林土壤固碳过程与调控机制已成为当前森林生态学、土壤学领域重要的前沿基础科学问题与林业碳汇功能适应性管理的核心现实需求。近年来不断涌现的证据表明,微生物通过合成代谢而迭代积累的微生物残体很大程度上主导了SOC的长期积累和固持。其中,由于根源C持续输入在根系周围的根际微域形成了一个独特而又典型的微生物热点区,并伴随着更快的微生物生长和更强的微生物代谢活性,进而导致根际区微生物残体对长期SOC积累贡献能力比非根际区更为突出和明显。然而,目前大多研究通常将根际和非根际土壤视为一个均质有机体,而缺乏针对根际区SOC形成过程与稳定性机制的专一性试验研究,导致根际区土壤碳动态过程及其生态重要性在很大程度上未被探索和了解,已成为森林土壤碳汇功能变化认知最少且极为薄弱的关键环节之一。基于此,中国科学院成都生物研究所尹华军研究团队通过系统收集青藏高原典型高寒针叶林39个样点的根际和非根际土壤样品(图1),量化了根际和非根际土壤中有机碳和氨基糖的浓度,并通过计算根际相对于非根际土壤中增加的氨基糖与增加的有机碳的比例(RAS/SOC),评估了微生物残体对根际SOC积累的贡献程度。同时测定了根际土壤养分浓度和微生物生理性状,以揭示多变环境下根际微生物残体对SOC积累贡献的潜在微生物调控机制。图1  39个高寒针叶林采样点分布图我们假设:(1...
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区成宏路72号-四川检验检测创新科技园2号楼4层
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
电话:028 8525 3068
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务