同位素技術(shù)在土壤微生物對(duì)易分解有機(jī)碳添加與溫度調(diào)控研究的應(yīng)用
2018年，由普瑞億科聯(lián)合中科院地理所共同設(shè)計(jì)研發(fā)的PRI-8800全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測(cè)量系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注。該設(shè)備旨在為科研人員提供室內(nèi)變溫培養(yǎng)模擬野外環(huán)境的條件，讓科研可以更廣、更深層次地開(kāi)展。
本期，我們將與大家分享的是一篇利用PRI-8800和同位素示蹤技術(shù)發(fā)表的新文章，主要闡述了不同溫度下微生物對(duì)易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)的利用情況。
溫度如何影響土壤微生物對(duì)易分解有機(jī)碳輸入的快速響應(yīng)？土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）分解的溫度敏感性（Q10）在短期內(nèi)如何受到易分解有機(jī)碳輸入的影響？我們一起學(xué)習(xí)一下吧！
土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳分配與轉(zhuǎn)化的核心部位。土壤有機(jī)碳主要來(lái)源于凋落物、根系周轉(zhuǎn)和根系分泌物的輸入，而土壤有機(jī)碳的輸出主要是土壤有機(jī)質(zhì)分解將碳排放到大氣中的過(guò)程。土壤微生物是生物地球化學(xué)循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)者, 對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)具有重要作用。如圖1，在自然生態(tài)系統(tǒng)中，易分解有機(jī)碳（LOC）向土壤中的輸入是常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，如，植物根系分泌物的連續(xù)輸入，降雨時(shí)雨水?dāng)y帶有機(jī)物質(zhì)向土壤深層的滲入等，這種有機(jī)碳以連續(xù)或者脈沖的形式向土壤的輸入對(duì)土壤碳庫(kù)的形成和穩(wěn)定具有重要影響。
另外，全球氣候變暖加之大氣CO2濃度升高，預(yù)計(jì)植被生產(chǎn)力的提高將導(dǎo)致植被向土壤輸入更多的碳，也可能由于“激發(fā)效應(yīng)”而對(duì)土壤碳庫(kù)造成更大的不確定性。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，由于受到測(cè)量技術(shù)的限制，目前仍不清楚溫度如何影響土壤微生物對(duì)易分解有機(jī)碳輸入的快速響應(yīng)，以及土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）分解的溫度敏感性（Q10）在短期內(nèi)如何受到易分解有機(jī)碳輸入的影響。
圖1 自然生態(tài)系統(tǒng)中易分解有機(jī)碳向土壤輸入的概念圖
針對(duì)以上問(wèn)題，研究人員利用團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的PRI-8800和同位素示蹤技術(shù)，將δ13C標(biāo)記的葡萄糖添加到采集自?xún)?nèi)蒙古草原的土壤中，在53小時(shí)的培養(yǎng)期內(nèi)，在分鐘尺度上測(cè)定了不同溫度下（10, 15, 20, 25 ℃）微生物對(duì)易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)的利用情況。研究結(jié)果表明，微生物對(duì)易分解有機(jī)碳輸入的反應(yīng)是迅速的，易分解有機(jī)碳的添加促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解（圖2）；隨著溫度的升高，微生物利用易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)的呼吸比例增加，更多的易分解有機(jī)碳被用于呼吸作用（圖3）。此外，易分解有機(jī)碳輸入在短期內(nèi)顯著增大了土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性，但這種影響隨著易分解有機(jī)碳的消耗而逐漸減小（圖4）。
圖2 不同的溫度處理下微生物呼吸速率和CO2累積排放
圖3 微生物利用不同碳源（易分解有機(jī)碳vs土壤有機(jī)質(zhì)）呼吸作用的比例
圖4 易分解有機(jī)碳和土壤有機(jī)質(zhì)分解的溫度敏感性變化
近期，相關(guān)研究成果以“Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe”為題在線發(fā)表于國(guó)際土壤學(xué)領(lǐng)域主流期刊《Soil Biology and Biochemistry》（IF5 = 8.312）。中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院2019級(jí)博士研究生李超為本論文第一作者，中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院肖春旺教授和中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所何念鵬研究員為本論文的共同通訊作者；其他貢獻(xiàn)作者還包括法國(guó)巴黎文理研究大學(xué)的Bertrand Guenet教授、李明旭博士和徐麗博士。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 42141004, 31988102, 32171544）和中央民族大學(xué)研究生科研實(shí)踐項(xiàng)目（NO. BZKY2021075）的資助。
近幾年，何念鵬團(tuán)隊(duì)利用其原創(chuàng)的“連續(xù)變溫培養(yǎng)+連續(xù)自動(dòng)測(cè)定模式”（簡(jiǎn)稱(chēng)VCM模式）和與北京普瑞億科聯(lián)合研究的PRI-8800，在土壤有機(jī)質(zhì)分解速率、Q10及其調(diào)控機(jī)制方面取得了系列進(jìn)展，在《Global Change Biology》和《Soil Biology and Biochemistry》等著名期刊發(fā)表了15篇科研論文。
2022年，PRI-8800全自動(dòng)變溫培養(yǎng)土壤溫室氣體在線測(cè)量系統(tǒng)全新升級(jí)，將在5月重磅推出，敬請(qǐng)期待！
相關(guān)論文信息
1.Li, C., Xiao, C.W., Guenet, B., Li, M.X., Xu, L., He, N.P. 2022. Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe. Soil Biology and Biochemistry 167, 108589. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108589.
2.Jiang ZX, Bian HF, Xu L, He NP. 2021. Pulse effect of precipitation: spatial patterns and mechanisms of soil carbon emissions. Frontiers in Ecology and Evolution, 9: 673310.
3.Liu Y, Xu L, Zheng S, Chen Z, Cao YQ, Wen XF, He NP. 2021. Temperature sensitivity of soil microbial respiration in soils with lower substrate availability is enhanced more by labile carbon input. Soil Biology and Biochemistry, 154: 108148.
4.Bian HF, Zheng S, Liu Y, Xu L, Chen Z, He NP. 2020. Changes in soil organic matter decomposition rate and its temperature sensitivity along water table gradients in cold-temperate forest swamps. Catena, 194: 104684.
5.Xu M, Wu SS, Jiang ZX, Xu L, Li MX, Bian HF, He NP. 2020. Effect of pulse precipitation on soil CO2 release in different grassland types on the Tibetan Plateau. European Journal of Soil Biology, 101: 103250.
6.Liu Y, He NP, Xu L, Tian J, Gao Y, Zheng S, Wang Q, Wen XF, Xu XL, Yakov K. 2019. A new incubation and measurement approach to estimate the temperature response of soil organic matter decomposition. Soil Biology & Biochemistry, 138, 107596.
7.Liu Y, He NP, Wen XF, Xu L, Sun XM, Yu GR, Liang LY, Schipper LA. 2018. The optimum temperature of soil microbial respiration: Patterns and controls. Soil Biology and Biochemistry, 121: 35-42.
8.Liu Y, Wen XF, Zhang YH, Tian J, Gao Y, Ostle NJ, Niu SL, Chen SP, Sun XM, He NP. Widespread asymmetric response of soil heterotrophic respiration to warming and cooling. Science of Total Environment, 635: 423-431.
9.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Important interaction of chemicals, microbial biomass and dissolved substrates in the diel hysteresis loop of soil heterotrophic respiration. Plant and Soil, 428: 279-290.
10.Wang Q, He NP, Xu L, Zhou XH. 2018. Microbial properties regulate spatial variation in the differences in heterotrophic respiration and its temperature sensitivity between primary and secondary forests from tropical to cold-temperate zones. Agriculture and Forest Meteorology, 262, 81-88.
11.Li J, He NP, Xu L, Chai H, Liu Y, Wang DL, Wang L, Wei XH, Xue JY, Wen XF, Sun XM. 2017. Asymmetric responses of soil heterotrophic respiration to rising and decreasing temperatures. Soil Biology & Biochemistry, 106: 18-27.
12.Liu Y, He NP, Xu L, Niu SL, Yu GR, Sun XM, Wen XF. 2017. Regional variation in the temperature sensitivity of soil organic matter decomposition in China’s forests and grasslands. Global Change Biology, 23: 3393-3402.
13.Wang Q, He NP*, Liu Y, Li ML, Xu L. 2016. Strong pulse effects of precipitation event on soil microbial respiration in temperate forests. Geoderma, 275: 67-73.
14.Wang Q, He NP, Yu GR, Gao Y, Wen XF, Wang RF, Koerner SE, Yu Q*. 2016. Soil microbial respiration rate and temperature sensitivity along a north-south forest transect in eastern China: Patterns and influencing factors. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 121: 399-410.
15.He NP, Wang RM, Dai JZ, Gao Y, Wen XF, Yu GR. 2013. Changes in the temperature sensitivity of SOM decomposition with grassland succession: Implications for soil C sequestration. Ecology and Evolution, 3: 5045-5054.
16.何念鵬, 劉遠(yuǎn), 徐麗, 溫學(xué)發(fā), 于貴瑞, 孫曉敏. 2018. 土壤有機(jī)質(zhì)分解溫度敏感性研究：培養(yǎng)與測(cè)定模式. 生態(tài)學(xué)報(bào), 38: 4045-4051.
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