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
    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