?我組助理研究員王旭在微生物殘留物的礦物保護(hù)機(jī)制方面取得進(jìn)展
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微生物是土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化的重要驅(qū)動(dòng)者,微生物通過分解有機(jī)質(zhì)以獲得自身生長所需的養(yǎng)分和能量,在微生物死亡后形成的殘留物也是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源。目前關(guān)于微生物殘留物在土壤中的穩(wěn)定機(jī)制尚不清楚,影響了我們對土壤有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)的準(zhǔn)確預(yù)測。
基于此,沈陽生態(tài)所生物地球化學(xué)組通過13C15N高豐度同位素示蹤技術(shù)和數(shù)值模型模擬的方法,利用不同礦物組成的人造土壤,探究了土壤礦物組成對微生物殘留物碳和氮周轉(zhuǎn)的影響,發(fā)現(xiàn)2:1型粘土礦物伊利土和蒙脫土處理下殘留物碳和氮礦化速率常數(shù)和解吸速率常數(shù)顯著低于1:1型粘土礦物高嶺土處理,吸附速率常數(shù)結(jié)果正好相反;金屬氧化物類型對微生物殘留物碳和氮周轉(zhuǎn)過程沒有影響;微生物殘留物氮的周轉(zhuǎn)過程均顯著快于微生物殘留物碳,可能因?yàn)橥寥捞嫉容^高,超過碳氮比閾值,造成微生物對微生物殘留物氮的優(yōu)先利用,以緩解微生物氮限制。
本研究表明了礦物保護(hù)是微生物殘留物長期穩(wěn)定的重要機(jī)制。上述研究成果以Mineral??composition controls the stabilization of microbially-derived carbon??and nitrogen in soils: Insights from an isotope tracing model為題發(fā)表在Global Change Biology上。助理研究員王旭為第一作者,王超研究員和白娥教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、長白山地理過程與生態(tài)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題和中國科學(xué)院青促會(huì)優(yōu)秀會(huì)員等項(xiàng)目的支持。
此外,生物地球化學(xué)研究組在微生物驅(qū)動(dòng)土壤有機(jī)質(zhì)研究取得了系列進(jìn)展,包括:量化了森林土壤原位微生物殘留物的分解速率(Wang et al. 2020, SBB),探索了溫度變化對微生物殘留物分解和穩(wěn)定的影響(Wang et al. 2020, GCB),建立了微生物活體碳利用效率與微生物殘留物形成的關(guān)系(Wang et al. 2021, GCB),構(gòu)建了微生物群落組成、死亡殘留物與土壤有機(jī)質(zhì)間的模型(Wang et al. 2023, ISME Communications)。上述系列研究進(jìn)一步解析了微生物全生命周期與土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)換的關(guān)系,為準(zhǔn)確闡明土壤固碳效率提供關(guān)鍵的基礎(chǔ)理論。
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論文信息:
1.???????? Wang??X, Wang C*, Fan XL, Sun LF, Sang CP, Wang XG, Jiang P, Fang YT, Bai E*.??(2024). Mineral composition controls the stabilization of microbially??derived carbon and nitrogen in soils: Insights from an isotope tracing??model. Global Change Biology, 30, e17156.
2.???????? Wang??C*, Wang X, Zhang Y, Morrissey E, Liu Y, Sun LF, Qu LR, Sang CP, Zhang??H, Li GC*, Zhang LL, Fang YT. (2023) Integrating microbial community??properties, biomass and necromass to predict cropland soil organic??carbon. ISME Communications, 3, 86.
3.???????? Wang??C, Qu, LR, Yang, LM, Morrissey, E, Miao RH, Liu ZP, Wang QK, Fang YT,??Bai E*. (2021). Large-scale importance of microbial carbon use??efficiency and necromass to soil organic carbon. Global Change Biology, 27, 2039-2048.
4.???????? Wang??X, Wang C*, Cotrufo MF, Sun L, Jiang P, Liu Z, Bai E*. (2020). Elevated??temperature increases the accumulation of microbial necromass nitrogen??in soil via increasing microbial turnover. Global Change Biology, 26, 5277-5289.
5.???????? Wang??C, Wang X, Pei GT, Xia ZW, Peng B, Sun LF, Wang J, Gao DC, Chen SD, Liu??DW, Dai WW, Jiang P, Fang YT, Liang C, Wu NP, Bai E*. (2020).??Stabilization of microbial residues in soil organic matter after two??years of decomposition. Soil Biology and Biochemistry, 141, 107687.
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圖1. 微生物殘留物碳和氮循環(huán)的概念模型圖(黑色實(shí)線和紅色虛線分別表示碳和氮過程)

圖2. 微生物殘留物13C(a)和15N(b)在顆粒性有機(jī)質(zhì)(NP,C和NP,N)和礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)(NM,C和NM,N)中的回收率模擬值。

圖3. 土壤比表面積對微生物殘留物碳和氮礦化速率常數(shù)(a)、吸附率常數(shù)(b)、土壤殘留物13C和15N回收率(c)和礦物結(jié)合有機(jī)質(zhì)中殘留物13C和15N模擬回收率(d)的影響。
論文鏈接:
1.? http://doi.org/10.1111/gcb.17156
2.? https://doi.org/10.1038/s43705-023-00300-1
3.?https://doi.org/10.1111/gcb.15550
4.? https://doi.org/10.1111/gcb.15206
5.?https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.107687
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