微生物在土壤有機質(zhì)的形成和周轉(zhuǎn)中扮演重要角色,其死亡后的殘留物是土壤有機氮的重要貢獻者。然而目前為止,土壤微生物殘留物氮的形成、周轉(zhuǎn)和穩(wěn)定的控制機制仍不明確,全球變暖是否通過影響微生物殘留物的動態(tài)而影響土壤有機質(zhì)的周轉(zhuǎn)還有待研究。
基于此,生物地球化學組以長白山溫帶森林土壤為研究對象,利用微生物純培養(yǎng)法從土壤中篩選出細菌和真菌數(shù)株,利用含有高豐度氮同位素(15N)的培養(yǎng)基對微生物進行培養(yǎng)并獲得微生物殘留物,之后進行不同溫度條件下的微生物殘留物室內(nèi)分解實驗。
本研究組之前野外實驗發(fā)現(xiàn)微生物殘體15N在土壤無機氮的去向并不多,我們推斷:微生物殘體分解后無機氮迅速被植物吸收,但是由于野外條件下植物吸收的15N量不好估算,未得到直接證據(jù)(Wang et al. 2020, SBB)。在本室內(nèi)培養(yǎng)(無植物)條件下,微生物殘體氮在土壤中分解后的主要去向是無機氮(圖1),這驗證了之前的推斷。此外,本研究發(fā)現(xiàn):1)盡管細菌和真菌殘留物的化學成分不同,但其殘體氮的礦化速率沒有明顯差異;增溫條件下,微生物的生長和死亡殘留物形成速率高于殘留物的分解速率,使得土壤中微生物殘留物氮的積累不斷增加(圖2);2)大部分殘留物的15N出現(xiàn)在礦物有機物復合體中,表明殘留物氮在土壤中保持穩(wěn)定的主要因素是礦物保護而不是殘留物自身質(zhì)量(圖3)。這項研究揭示了增溫條件下微生物殘留物氮在土壤中的分解和穩(wěn)定過程,為更準確地預測未來全球變化情景下土壤有機質(zhì)的響應提供數(shù)據(jù)支持及理論基礎。
研究成果以“Elevated temperature increases the accumulation of microbial necromass nitrogen in soil via increasing microbial turnover”為題發(fā)表在Global Change Biology期刊上。生物地球化學組博士生王旭為第一作者,白娥研究員和王超副研究員為共同通訊作者。該研究得到重點研發(fā)項目等項目的支持。
圖1.微生物殘留物氮在土壤中分解后的主要去向
圖2.不同培養(yǎng)溫度條件下微生物殘留物15N回收率隨時間的變化
圖3.模型模擬新形成微生物殘留物15N回收率隨時間的變化以及微生物殘留物15N在顆粒有機物和礦物有機物復合體組分回收率隨時間的變化