近日，水土保持研究所安韶山研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國哥廷根大學(xué)（Georg-August-University of Goettingen）、中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所等單位，在土壤科學(xué)領(lǐng)域著名期刊Soil Biology and Biochemistry上發(fā)表相關(guān)研究論文。

　　生物土壤結(jié)皮覆蓋了全球1790萬平方公里的面積（大約占到12%的地球陸地面積），其形成加速了干旱和半干旱地區(qū)以及寒冷環(huán)境中碳和營養(yǎng)物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)過程。最近越來越多的證據(jù)表明微生物殘?bào)w是良好發(fā)育土壤有機(jī)碳（SOC）的主要來源。當(dāng)前關(guān)于初始土壤（生物結(jié)皮覆蓋）形成過程中微生物殘?bào)w對SOC形成的貢獻(xiàn)，以及驅(qū)動微生物殘?bào)w積累、分解和穩(wěn)定因素的定量信息尚不清晰，這極大地限制了我們對于荒漠生態(tài)系統(tǒng)微生物介導(dǎo)下碳循環(huán)過程的理解。

　　為了解決這一知識空白，本研究基于黃土高原沙質(zhì)土壤裸沙、藻結(jié)皮、藻-苔蘚結(jié)皮、苔蘚-藻結(jié)皮和苔蘚結(jié)皮五個階段組成的生物土壤結(jié)皮形成序列，研究了土壤微生物殘?bào)w含量的變化特征、對SOC積累的貢獻(xiàn)及其環(huán)境調(diào)控因子。研究表明，微生物殘?bào)w是黃土高原沙質(zhì)土壤有機(jī)碳的重要來源（圖1），通過形成顆粒態(tài)有機(jī)碳(POC)和礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳庫(MAOC)貢獻(xiàn)SOC的增加。由于細(xì)菌具有比真菌更小更薄的細(xì)胞壁碎片以及更多的蛋白質(zhì)，細(xì)菌殘?bào)w主要貢獻(xiàn)MAOC庫，而真菌殘?bào)w在POC中更為豐富。在最初的土壤形成過程中，MAOC隨著微生物殘?bào)w的增加而趨于飽和且POC的積累比MAOC快（圖2），這表明粘粒含量（< 2%）是這種黃土高原沙質(zhì)土壤中穩(wěn)定碳積累的重要限制因素。超過MAOC穩(wěn)定水平的微生物殘?bào)w，尤其真菌殘?bào)w，被儲存在不穩(wěn)定的POC庫中。

圖1 生物土壤結(jié)皮形成序列中微生物殘?bào)w含量的變化特征及其對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)

圖2 土壤微生物殘?bào)w與MAOC和POC、粘粒+粉粒以及土壤有機(jī)碳與POC/MAOC之間的關(guān)系

　　四種土壤胞外酶（即β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和堿性磷酸酶）的活性隨著真菌和細(xì)菌殘?bào)w的增加而增加，表明活微生物活性的提高加速了殘?bào)w物質(zhì)的周轉(zhuǎn)和形成。生物土壤結(jié)皮形成序列中微生物的氮（N）限制促進(jìn)了微生物釋放的N獲取酶（如β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶）產(chǎn)量的增加，以分解微生物殘?bào)w貢獻(xiàn)土壤溶液中養(yǎng)分的增加（圖3）。在生物土壤結(jié)皮形成序列中，微生物N限制的逐漸降低也是初始土壤形成過程中微生物殘?bào)w積累的重要因素。微生物N限制和粘粒保護(hù)的缺乏使微生物對殘?bào)w物質(zhì)快速再利用，導(dǎo)致低的微生物殘?bào)w積累系數(shù)（即微生物殘?bào)w物質(zhì)與活體微生物生物量的比值，生物土壤結(jié)皮平均為9.6）。因此，在生物土壤結(jié)皮形成序列的沙質(zhì)土壤中，微生物殘?bào)w物質(zhì)對SOC的貢獻(xiàn)低于完全發(fā)育的土壤（33%-60%，基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)）。微生物N限制、N-獲取酶活性與微生物生物量N之間的比例增加、粘粒保護(hù)的缺乏和MAOC的飽和（圖4），導(dǎo)致了生物結(jié)皮覆蓋的沙質(zhì)土壤中微生物殘?bào)w物質(zhì)對SOC的貢獻(xiàn)較低。

圖3影響土壤微生物殘?bào)w含量的主要因素

圖4 生物土壤結(jié)皮形成過程中微生物殘?bào)w的保存、分解和穩(wěn)定及其對有機(jī)碳積累的貢獻(xiàn)機(jī)制

　　水保所王寶榮博士為論文第一作者，安韶山研究員為通訊作者，黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位。該研究工作得到了國家自然科學(xué)面上基金（41877074和42077072）等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071722000645