在土壤有機(jī)碳的分解過(guò)程中，微生物產(chǎn)物(如微生物殘?bào)w和微生物代謝產(chǎn)物)可能形成一個(gè)重要的穩(wěn)定碳庫(kù)，其分解模式與植物來(lái)源的碳不同。但目前的地球系統(tǒng)模型沒(méi)有單獨(dú)模擬這個(gè)微生物衍生的碳庫(kù)，并且在估計(jì)全球SOC儲(chǔ)量上還存在較大的不確定性。因此將這一機(jī)制納入過(guò)程模型中以更好地模擬與預(yù)測(cè)碳循環(huán)和氣候變化仍然很重要。
基于此，生物地球化學(xué)組將微生物殘?bào)w碳庫(kù)分別納入一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型及Michaelis - Menten模型，建立了兩種名為Michaelis - Mentennecromass decomposition (MIND)和first order necromass decomposition (FOND)的模型來(lái)模擬微生物殘?bào)w庫(kù) (圖1)，并根據(jù)13C標(biāo)記的微生物殘?bào)w分解實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證該模型的有效性與準(zhǔn)確性。
模擬結(jié)果表明，我們提出的新型土壤有機(jī)質(zhì)模型表現(xiàn)出比現(xiàn)有模型更好的性能，Michaelis-Menten模型比一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更好。13C標(biāo)記的微生物殘?bào)w碳的分解曲線可以用MIND和FOND模型很好地模擬(圖2)。MBC中13C的回收在開始時(shí)經(jīng)歷了一個(gè)快速增長(zhǎng)階段，然后逐漸下降，約10-25%的微生物殘?bào)w碳迅速轉(zhuǎn)移到MBC，微生物殘?bào)w碳的快速庫(kù)被模擬為在100天內(nèi)迅速分解，模擬的微生物殘?bào)w礦物吸附庫(kù)的變化都相對(duì)較小?；贚OOCV方法和觀測(cè)呼吸的CO2中13C的回收率進(jìn)行驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)模型都有較高的精度(圖3)。根據(jù)我們的模型估計(jì)，全球不同生態(tài)系統(tǒng)土壤中微生物殘?bào)w碳占總SOC的范圍為10-27%，因此不應(yīng)被忽視。
研究成果以“Improved model simulation of soil carbon cycling by representing the microbially derived organic carbon pool”為題發(fā)表在The ISME Journal期刊上。生物地球化學(xué)組博士生樊憲磊為第一作者，白娥教授為通訊作者。該研究得到重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家青年拔尖人才計(jì)劃的支持。
圖1.MIND和FOND模型結(jié)構(gòu)
圖2.模擬土壤有機(jī)碳庫(kù)中13C和呼吸CO2中13C的回收率
圖3.呼吸CO2中13C的模擬回收率與實(shí)測(cè)回收率之間的回歸分析
