长期土壤增温通过抑制土壤微生物残体碳的生成和分解，进而减少微生物残体碳的含量

原名：Long-term soil warming decreases soil microbial necromass carbon by adversely affecting its production and decomposition

译名：长期土壤增温通过抑制土壤微生物残体碳的生成和分解，进而减少微生物残体碳的含量。

期刊：Global Change Biology

IF：10.8

发表日期：2024.5.31

第一作者：田野

通讯作者：刘小飞

背景

在陆地生态系统中，微生物残体碳占土壤有机碳的一半以上，其作为土壤有机碳形成和稳定的前体，发挥着至关重要的作用，但对于全球气候变暖下微生物量残体碳的变化趋势存在着不确定性。而温度升高可以直接或间接引发土壤养分有效性（如氮和磷含量）、土壤胞外酶活性、微生物生理性状、土壤微生物群落组成和功能的变化，进而显著影响土壤中微生物残体碳的积累。因此，了解全球变暖中微生物残体碳的动态变化，有利于提高对全球变暖下有机碳循环机制的理解。

研究目的

（1）研究土壤变暖如何影响土壤微生物残体碳的含量；

（2）确定微生物残体碳含量变化的关键因素和过程。

材料与方法

（1）本研究位于奥地利阿尔卑斯山脉温带森林(11°38 ' 21″E;47°34′50″N)，海拔910米。该地区属温带大陆性气候，年平均气温7℃，年平均降水量1493毫米。

（2）设置两个处理：Control代表控制温度，Warming代表增温4°C。

（3）设置样地并使用2.5 cm宽的手动螺旋钻，分别从0-10 cm和10-20 cm土层随机采样。

（4）测定指标：BNC、FNC、MNC、SOC、MBC、pH、CUE、Turnover time、NAG、LAP、AP、NH+4、NO−3、DON、TIP、TOP、Olsen P、Olsen Pi。

结果

（1）土壤长期增温对细菌残体碳(BNC)、真菌残体碳(FNC)和微生物残体碳均有显著的负向影响，但对FNC / BNC比值无显著影响。季节和土壤深度对BNC、FNC、MNC和FNC/BNC比值均有显著影响。土壤深度对BNC的影响不显著（表1）。

表1 气候变暖、土壤深度和季节对微生物(真菌和细菌)残体碳及其组成和真菌与细菌残体碳质量比的三因素方差分析结果

（2）在0-10 cm土层中，与对照地块相比，增温样地的MNC含量下降了11%， BNC含量下降了32% (图1a,c)。，在10-20 cm土层深度，BNC、FNC和MNC的含量分别下降了30%、36%和33%(图1e-g)。

图1 0-10 cm和10-20 cm土壤深度，对照和增温样地微生物残体碳(MNC, c, g)、真菌残体碳(FNC, b, f)、细菌残体碳(BNC, a, e)含量及FNC / BNC比值(d, h)。

（3）在0-10cm土层，增温样地细菌残体碳对土壤有机碳的贡献(BNC/SOC)显著低于对照样地(图2a)。0 ~ 10 cm土壤增温对FNC/SOC和MNC/SOC无显著影响。在10 ~ 20 cm土层，由于土壤增温，土壤有机碳的贡献减少了14% (图2b)，但没有观测到增温对FNC/SOC和BNC/SOC的影响(图2b)。

（4）增温导致微生物生物量碳的减少和微生物碳利用效率的降低，从而导致MNC含量的降低。这种减少主要是由于变暖导致土壤有效磷的限制，反过来又限制了微生物生物量的产生。相反，增温增加了土壤胞外酶的活性，特别是N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸氨基肽酶，加速了MNC的分解。

图2 0 ~ 10 cm (a)和10 ~ 20 cm (b)土壤深度，对照区和增温区微生物残体碳(MNC)、真菌残体碳(FNC)和细菌残体碳(BNC)对土壤有机碳(SOC)的贡献

图3土壤有机碳(a)、pH (c)、微生物性状(MBC、CUE和周转时间，b、d、e)、土壤磷(TIP和OlsenPo, f、g)和胞外酶活性(NAG和LAP, h、i)解释的微生物残体碳(MNC)变异的偏残差图

图4 微生物残体碳多个预测因素的相对影响

​图5 长期变暖条件下微生物、土壤养分和酶活性影响微生物残体碳(MNC)形成和分解机制的概念模型

结论

（1）土壤增温减少土壤有效磷含量，限制了微生物生物量的生物合成和CUE，进而抑制了土壤微生物残体碳积累；

（2）土壤胞外酶活性随着温度上升而受到刺激，加速对微生物残体碳分解速率，降低其含量；

（3）温度上升降低了微生物残体碳对有机碳的贡献。

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