028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

微生物残体碳从凋落物到矿物土壤的积累及其对土壤有机碳的贡献

日期: 2022-01-12
标签:
微生物残体碳从凋落物到矿物土壤的积累及其对土壤有机碳的贡献


摘要:

微生物残体在土壤有机碳(SOC)积累中起重要作用。然而,从凋落物到矿物土壤,微生物残体碳(C)浓度及其对有机碳固存的贡献,以及影响残体碳积累的因素尚不清楚。为了解决该问题,我们在黄土高原栎林凋落物-矿物土壤剖面上开展了微生物残体碳的组成分布特征及其对SOC固存贡献的研究。本研究基于微生物细胞壁的生物标志物氨基糖来估计微生物残体C浓度。结果表明,从Oi1层到Oa层,微生物残体C增加,而从Ah1层到AB层微生物残体C减少。微生物残体C在凋落物-矿物土壤界面的累积量最高(Oa层总微生物残体量为39.5 Mg ha−1, Ah1为22.8 Mg ha−1)。从Oi1到Ah2,总微生物残体C对SOC的贡献增加。其中,总微生物残体C平均分别占Ah1、Ah2和AB层栎林矿质层SOC的40.7%、47.7%和37.0%。从凋落物到矿质土壤,真菌与细菌残体C的比值逐渐降低,说明相对较高的细菌残体C在较深层凋落物和较上层矿质土壤的积累更多。真菌和细菌残体C随活性有机C, 氮(N)和活性无机磷(P)的增加而增加,说明可溶性营养物质的增加导致微生物生物量的增加,进而导致更高的微生物残体C积累。综上,我们的研究结果表明,微生物对C或N的需求影响了可溶性营养物质的数量,并进一步导致微生物残体C分解或积累的变化。

关键词:

氨基糖,土壤有机碳固存,凋落物-矿物土壤剖面,化学计量学,栎林,黄土高原

研究背景:

越来越多的研究证据表明微生物残体是SOC的一个主要组成部分,在很多研究案例中微生物残体占SOC的50%以上。以往研究案例表明,在三年的凋落物分解实验中,只有不到三分之一的植物有机组分进入土壤,通过植物残体的物理转移和微生物残体C的续埋效应增加了SOC积累。然而,森林凋落物-土壤剖面中微生物残体的变化仍不清楚。该领域的研究能帮助我们更好地理解在野外凋落物分解过程中,微生物残体C是如何从枯死叶片进入土壤的。

环境条件和微生物营养需求对残体再循环有强烈影响。环境中C, N的高有效性促进了微生物残留物的积累。例如,营养丰富的环境中,微生物群落采用高产策略促进生长,从而加速残体积累。相反,在养分限制的条件下,采用营养获取策略的微生物群落限制残留物的产生和积累。因此,微生物对C, N的需求和环境C, N有效性可能会影响微生物残留物的积累和分解,因为微生物C/N/P化学计量学取决于土壤或凋落物中的养分有效性。相比矿质土壤或凋落物的总养分,土壤或凋落物中的活性养分(如活性C、N和P)及其C/N/P比更多变,但更接近土壤微生物的化学计量学。微生物残体是一种重要的N资源,有助于缓解过量活性C输入下的微生物N的缺乏,这是一种比从不易分解的SOM中获取N更有效的微生物策略。然而,可溶性有机营养元素与微生物残体形成和积累的关系尚不清楚。因此,本研究探讨了黄土高原栎林凋落物-矿物土壤剖面中微生物残体的分布;微生物和可溶性养分C/N/P化学计量特征对微生物残体及其对有机碳固存的贡献。

科学问题:

(1)凋落物层和矿质土壤中微生物C/N/P的化学计量特征和微生物内稳态变化程度如何?

(2)从凋落物到矿质土壤,微生物残体浓度及其对土壤有机碳积累的贡献是如何变化的?

(3)影响微生物C/N/P化学计量学和残体积累的关键因素是什么?

主要结果:

1. 微生物生物量C/N/P化学计量学

凋落物总N、LOC和LON随凋落层深度的增加而增加,Oe和Oa层最高(图2b,2d,2e)。凋落物MBC和MBN不随凋落物层深度增加而下降(图2g,2h)。尽管凋落物层和矿质土层的C/N、C/P和活性的有机C/N随深度增加而降低(表1),但在凋落物层(从Oi1到 Oe层)和矿质土层(从Ah1 到AB层),微生物几乎分别保持了恒定的生物量C/N比(表1)。

表1 凋落物和矿质土壤C/N/P化学计量特征、活性有机/无机物特征和微生物生物量特征。数值以平均值±标准误差(SE)表示。

微生物残体碳从凋落物到矿物土壤的积累及其对土壤有机碳的贡献


微生物残体碳从凋落物到矿物土壤的积累及其对土壤有机碳的贡献


图2 凋落物-矿质土壤剖面中C、N、P含量、活性有机/无机物质含量和土壤中微生物量。数值以平均值±标准误差(SE)表示。OC:有机碳; TN:总氮;TP:总磷;LOC:活性有机碳;LON:活性有机氮;LIP:活性无机磷;MBC:微生物生物量碳;MBN:微生物量氮;MBP:微生物生物量磷。

2.微生物残体C储量及其对SOC固存的贡献

凋落物层中真菌和细菌残体C储量随凋落物层深度增加而增加(图3),分别从8.1增加到35.4 Mg ha-1,从0.4增加到4.1 Mg ha-1(图3a,3b)。相反,矿质土壤层中真菌和细菌残体C储量从Ah1层到AB层降低(图3)。从凋落物到矿质土壤,真菌残体C和细菌残体C的比值降低(图3c)。凋落物层和矿质土壤层界面具有最高的微生物残体C积累。

从凋落物层到矿质土壤层,总微生物残体C对总SOC的占比增加(图3d)。具体表现为,在Ah1层,Ah2层和AB层中,总微生物残体C占比分别为40.7%,47.7%和37.0%。

微生物残体碳从凋落物到矿物土壤的积累及其对土壤有机碳的贡献


图3 在凋落物-矿质土壤剖面上,真菌残体C储量(a)、细菌残体C储量(b)、真菌/细菌残体C比值(c)和微生物残体C总量对SOC的贡献(d)。数值以平均值±标准误(SE)表示。总微生物残体C以真菌残体C和细菌残体C的总和表示,总微生物C占SOC的比例代表微生物残体C对SOC固存的贡献。

3.影响微生物C/N/P化学计量学和残体的因素

RDA分析结果表明在凋落物层中MBC, MBN, MBC/MBP, 和MBN/MBP与LOC, LON, LOC/LIP和LON/LIP显著相关(图4a)。具体表现在凋落物层中LOC/LIP, LOC, LON/LIP 和LON是解释上述变量的重要因素,表明微生物量及其化学计量学的变化由可溶性养分及其化学计量学所驱动。

RDA分析结果表明凋落物总C, N, P及其可溶性形态和化学计量比解释了微生物残体的主要变异(图4c,4d)。不考虑凋落物总C, N, P水平及其比率,活性有机C, N和无机P水平及其化学计量学是影响氨基糖和微生物残体C的主要因素。TN和MBN是驱动矿质土壤中氨基糖和微生物残体C变化的主要因子(图4d)。凋落物和矿质土壤中的活性有机C, N和无机P及其化学计量学在改变氨基糖和微生物残体C上发挥重要作用(图4c,4d)。具体表现为,凋落物和矿质土壤中的LOC/LIP和LON/LIP与真菌细菌残体C以及总微生物残体C呈正相关。只有凋落物中的LOC/LON和真菌细菌残体C以及总微生物残体C呈负相关。此外,真菌细菌残体C和总微生物残体C随可溶性C, N和P增加而增加(图5)

微生物残体碳从凋落物到矿物土壤的积累及其对土壤有机碳的贡献


图4 RDA分析显示了凋落物(a)或矿质土壤(b)中C、N、P、活性有机/无机物质及其化学计量学对微生物生物量C、N、P及其化学计量学的影响。RDA轴1和轴2对凋落物层微生物生物量C、N、P及其化学计量学的贡献率分别为58.8%和2.95%,对矿质土壤微生物生物量C、N、P及其化学计量学的贡献率分别为78.8%和12.5%.

微生物残体碳从凋落物到矿物土壤的积累及其对土壤有机碳的贡献


图5 活性有机C,N和活性无机P与真菌残体C,细菌残体C和总微生物残体C之间的关系。LOC,活性有机碳;LON,活性有机氮;LIP,活性无机磷。

结论

研究结果表明真菌残体C,细菌残体C和总微生物残体C随凋落物层深度增加而增加,随矿质层深度增加而降低。在凋落物层和矿质层交界面微生物残体C积累量最高,这归因于高浓度的可溶性养分,进一步导致了更高的微生物残体积累。尽管真菌残体C浓度,细菌残体C浓度和总微生物残体C浓度从凋落物层到矿质层是降低的,但是总微生物残体C对SOC的贡献增加。此外,微生物受活性有机C或N水平的影响,而活性有机C和N的缺乏可能导致微生物残体的分解。因此,微生物对C或N的需求影响可溶性养分水平,而可溶性养分水平的上下波动导致微生物残体C在分解或积累之间变化。在森林凋落物-矿质土壤剖面中,可溶性养分水平和微生物对它们的利用可能对理解微生物残体C的积累/分解及其对SOC固存的贡献至关重要。


  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2026 - 07 - 21
    文献信息原名:Organic and inorganic carbon losses in straw amended saline and sodic soils.译名:秸秆改良盐碱土和钠盐土中的有机与无机碳损失。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:12.2发表日期:2026年5月16日第一作者:陈猛猛 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室。背景土壤是陆地生态系统最大的碳库,其碳储量是大气和植被的2-3倍,但现有研究长期聚焦土壤有机碳(SOC)动态,严重忽视了土壤无机碳(SIC)的关键作用——全球表层2米土壤中SIC储量达230.5Pg C,主要分布在干旱、半干旱及滨海地区的盐碱土中。全球盐碱土面积约13.8亿公顷,占陆地总面积的10.7%,土壤盐渍化不仅通过抑制微生物活性和破坏团聚体结构威胁SOC库稳定性(预计到2100年可能导致6.8Pg SOC损失),还通过碳酸盐沉淀过程影响SIC积累,然而盐胁迫与碱胁迫下SOC与SIC动态的耦合机制仍不明确,限制了对土壤净碳平衡的准确预测。秸秆还田已被证实能使华北盐碱土SOC库增加19%,但秸秆添加会同时产生双重效应:既通过微生物分解释放秸秆源CO₂并激发原生SOC矿化,又通过产生的CO₂和有机酸加速碳酸盐溶解,有研究表明中国农田每年约有150Tg SIC以CO₂形式流失,且约27%的土壤CO₂排放源自SIC,但微生物如何介导秸秆诱导的SOC矿化与SIC溶解之间的权衡关系仍不清楚。此外,盐渍土与碱化土存在截然不同的团聚体稳定性特征(盐渍土胶体絮凝、碱化土胶体分散),土壤团聚体通过物理保护碳和调控微生物生境影响碳循环,但碱化胁迫导致的结构破坏如何改变碳加工“热点”的空间分布,进而在团聚体尺度上加速SIC溶解的机制尚未被量化,这成为准确评估盐碱土秸秆还田固碳...
  • 点击次数: 0
    2026 - 07 - 21
    文献信息原名:Rhizosphere – detritusphere interactions stabilize soil carbon depending on plant litter traits.译名:根际-凋落物际的相互作用稳定土壤碳取决于植物凋落物的特性。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:10.3发表日期:2025年7月第一作者:万兵兵 南京农业大学土壤生态实验室(胡锋课题组)背景传统观点认为植物凋落物是土壤有机碳(SOC)的主要来源,但其对碳稳定性的影响存在矛盾:低质凋落物(高C:N)通常形成更多颗粒有机碳(POC),而高质凋落物(低C:N)促进矿物结合态有机碳(MAOC)。同时根际作为微生物活动热点,可能通过微生物代谢来进行调控碳分配。然而根际与碎屑圈(凋落物分解区)的交互作用对SOC稳定性的影响机制尚不明确。图1:植物凋落物质量对根际土壤有机碳稳定性的影响机制。科学问题(1) 高质量的凋落物输入会通过增加根部可用养分,从而降低根际微生物的生物量和活性,进而产生弱根际效应。反之,低质量的凋落物输入会增加根际微生物活动,从而增加根部可用养分的供应,进而增强根际效应。(2) 相较于高质量凋落物,低质量凋落物诱导的根际微生物高代谢率会增加根际层的MAOC的形成。材料与方法(1) 田间试验设计:添加6种不同质量凋落物(紫花苜蓿、麦草、玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣),覆盖C:N比梯度(18-152)。设置根际(紧贴根系土壤)与碎屑圈(无根土壤)对比组。(2) 指标测定:碳组分:POC(53μm)与MAOC(微生物特性:PLFA分析生物量、酶活性(β-葡萄糖苷酶BG、N-乙酰葡糖胺酶NAG)。根系性状:比根长(SRL)、根组织密度(RTD)。结果分析结果一:与无凋落物添加的对照处理相比,凋落物输入使凋落物际的SOC含量平均增...
  • 点击次数: 0
    2026 - 07 - 14
    文献信息:原名:Decadal extreme drought reduces alpine subsoil carbon stocks. 译名:十年极端干旱降低高寒草地亚表层土壤碳储量期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)IF:9.5发表日期:2026年2月20日第一作者:周荣磊 中国科学院地理科学与资源研究所(汪金松、牛书丽研究团队)。 背景:土壤有机碳 (SOC) 是陆地生态系统最大的活跃碳库,在调节全球碳循环、缓解气候变化方面发挥着重要作用。全球草地覆盖约40%的陆地面积,储存了超过30%的陆地碳,其中相当大比例以土壤有机碳的形式存在。在全球变化背景下,极端干旱事件的频率和强度显著增加,对土壤碳库产生重要影响。然而,以往研究主要关注干旱对表层土壤有机碳的短期影响,学术界尚不清楚长期极端干旱对土壤剖面有机碳库的整体影响及其驱动机制。该研究基于SOC粒径分组、微生物18O同位素标记 (H218O)、矿物分析等方法,系统评估了轻度、中度和极端干旱对土壤剖面 (0-60cm) 有机碳库的影响及其机制。因此,本研究通过长期降水控制实验,分析不同强度干旱对高寒草地不同土层土壤有机碳及其组分的影响,并探讨植物碳输入、微生物过程和矿物保护机制在土壤碳变化中的作用。科学问题:1、长期极端干旱是否会导致深层土壤有机碳(SOC)的流失?2、不同土壤有机碳组分(POC 与 MAOC)对干旱的响应是否存在差异?3、深层土壤碳损失背后的驱动机制是什么?材料与方法:(1) 研究地点位于中国四川省红原县青藏高原东部高寒草地;自2014年起开展,持续观测10年。(东经 101°51′–103°23′ E,北纬 31°...
  • 点击次数: 0
    2026 - 06 - 26
    原名:Precipitation alters the microbial necromass carbon contribution to soil organic carbon in a desert shrub ecosystem译名:降水改变了荒漠灌丛生态系统微生物残体碳对土壤有机碳的贡献期刊:Applied Soil EcologyIF:5.4 发表日期: 2026.1.22(网络首发2025年) 第一作者:徐红伟 四川农业大学林业学院,长江上游森林与生态恢复四川省重点实验室,四川峨眉山森林生态系统国家野外科学观测研究站 背景:在干旱和半干旱生态系统中,植被和土壤对降水变化高度敏感。降水变化通过改变土壤含水量,进而影响植物生长和土壤功能。增加降水(PP+)可提高土壤含水量,促进植物生物量增加、土壤酶活性提高、微生物多样性增加和碳固存增强;而减少降水(PP−)则导致土壤干旱,限制植物生长,降低生态系统生产力和微生物活性,从而导致土壤退化。土壤微生物残体碳是土壤有机碳(SOC)的关键来源,其对SOC的贡献在陆地生态系统中超过60%。微生物残体碳的积累主要受植物碳输入和微生物代谢活动的影响。降水变化通过影响植物生长、凋落物输入、土壤水分和养分有效性,进而调控微生物残体碳的积累过程。然而,在干旱和半干旱地区,降水变化如何影响微生物残体碳和SOC积累,以及微生物残体碳对SOC的贡献机制尚不清楚。此外,降水变化的幅度也是影响微生物残体碳和SOC积累的重要因素。过低的降水减少会限制植物和微生物生长,而过高的降水增加可能降低土壤孔隙度,抑制微生物活性和凋落物分解。因此,识别降水变化的强度阈值对于理解脆弱生态系统碳循环对全球降水变化的响应及实施生态恢复干预具有重要意义。 图1:降水变化对土壤微生物残体碳和土壤有机碳影响的概念框架科学问题:(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龙潭街道成业路7号联东U谷二期7栋10楼
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
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