译名：随温度变化的土壤储存：半干旱草原微生物活力和呼吸作用的变化
期刊：Soil Biology and Biochemistry
IF：9.8
线上发表日期：2024年12月
发表日期：2025年3月
通讯作者：田建卿（中国科学院植物研究所）
（1）相比于-20℃，在4℃下储存土壤细胞的存活率更高。
（2）在 4 °C 下温和解冻 3 天可优化冻土中的细胞活力。
（3）土壤呼吸对储存的响应取决于土壤类型。
土壤微生物是生物地球化学循环的关键引擎，也是土壤有机碳 （SOC） 分解和稳定的关键驱动因素。理想情况下，研究人员应在取样后立即对新鲜土壤进行大多数微生物活动和微生物介导的土壤生物地球化学分析，然而，由于实际限制，在低温下储存土壤是土壤微生物学研究中的常见做法，可能会影响微生物活力和微生物介导的呼吸作用，几十年来，不适当的储存条件导致了已发表的研究中相互矛盾的结论。目前对储存过程中活微生物参数的变化和微生物介导的呼吸仍然缺乏了解。
（1）于2022年8月和2023年5月在从内蒙古草原生态系统研究站（IMGERS；116◦42′E，北纬43°38′，海拔约1260米)。中国内蒙古自治区采集了4种类型的土壤，包括大针茅（S.grandis）、羊草（L.chinensis）、西林河流域草甸（湿地）和浑善达克沙地（沙质）土壤。之后将4种类型的土壤样本分别在4℃和 -20℃下储存 0、5、40 和210天。对于在-20℃下保存的土壤，作者采用了两种解冻方法：室温下直接解冻和4 ℃下温和解冻（gentle thawing）。作者研究了储存期间微生物存活率（microbial viability）的趋势和影响因素，以及培养期间微生物介导的呼吸作用的变化。
（2）检测指标：含水量、总氮、总磷、微生物量碳、微生物量氮、粒径分布、pH、阳离子交换量、16srRNA测序、细胞活性、土壤呼吸。
（1）土壤储存导致活细胞的存活率呈指数级下降（图1a-b）。储存温度、持续时间和土壤类型对存活率和产量有显著影响。在4℃下储存5、40和210天后，存活率分别为77.0%、71.2%和47.3%。在-20℃下储存后，存活率分别为69.1%、55.6%和38.1%（图1a）。总体而言，与-20℃相比，在4℃下储存时的存活率明显更高。
（2）值得注意的是，土壤储存温度对湿地、S.grandis和L.chinensis土壤的影响更为明显，而在沙质土壤中没有观察到显著影响（图1b）。
图1 土壤贮藏对土壤微生物活力的影响
（3）在-20℃储存时，细胞存活率与含水率呈负相关，在4℃时没有相关性（图1c）。对于在-20℃下冻结的土壤，在4℃下温和解冻比在室温下直接解冻具有更高的存活率（图1d）。
（4）在4℃下储存期间的细胞存活率与G+细菌的相对丰度呈显著正相关（图2a），与G-细菌呈负相关（图2b）。然而，在-20℃时，没有观察到这种相关性。
图2 土壤贮藏过程中本土群落组成对细胞活力的影响
（5）土壤储存对二氧化碳释放速率和累积二氧化碳释放产生了显著影响，这种影响的方向和程度因土壤类型而异（图3）。
图3 四种土壤中培养期间，新鲜土壤和储存土壤的CO2释放速率和累积CO2释放的变化
（1）土壤储存导致微生物存活率降低。当无法立即处理新鲜土壤时，建议在4℃下储存以提高微生物活性。如果土壤已经冻结，3天的温和解冻是保持微生物活力的最佳做法。
（2）土壤呼吸速率和累积呼吸对土壤储存的反应方向和幅度在很大程度上取决于土壤类型。
总体而言，本研究提供了经验证据，以指导开发最佳土壤储存和预孵化实践，以保护活土壤微生物的目的并确保准确的呼吸测量。
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