028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

日期: 2021-10-12
标签:

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

摘要


植物源和微生物源碳(C)在土壤剖面中的化学组成已被定量评估,但基于根际视角的植物源和微生物源C在土壤有机碳形成中的垂直分布格局及其相对贡献仍然缺乏。我们以云杉人工林(Picea asperata)为研究对象,量化了矿质层土壤不同深度(0-10 cm, 10-20 cm及20-30 cm)根际微生物源C、植物源C和土壤有机碳(SOC)的差异化积累,并分析了其垂直分异规律的关键调控因素。此外还进一步揭示了植物源和微生物源C对根际SOC的相对贡献。结果表明,根际微生物和植物源C、SOC含量随土壤深度的增加而降低,主要受根生物量和微生物生物量的调节。此外,微生物源C对根际SOC的贡献(大于62%)显著高于植物源C (小于6%)。上述结果表明,高寒人工针叶林根际土壤微生物源C是矿质土壤上层根际SOC的主要贡献者。研究结果从根际视角为评估土壤剖面中微生物或植物源C对SOC的相对贡献提供了直接的实验证据。

关键词

根际,微生物源C,植物源C,土壤剖面,高寒针叶林

研究背景

土壤有机碳(SOC)的组成和主要来源已经成为当前生态学和土壤学领域亟需解决的核心科学问题之一。根际作为受根系活动强烈影响的微生物热点区,根系生理代谢活性在土壤剖面的变异很可能导致根际土壤C动态的垂直变异。然而,目前的大部分研究仅关注非根际SOC化学组成和来源(植物源和微生物源C)的垂直分异规律,而忽视了土壤垂直方向上根-土互作差异所导致的根际SOC形成途径的空间分异规律。因此,求证和量化森林根系活动介导的根际SOC组成和来源的垂直分异规律已成为一个十分重要又极度缺乏的研究课题。

研究内容

西南亚高山典型的云杉人工林(Picea asperata)为试验对象,利用2种被广泛使用的生物标志物(氨基糖和植物源脂类/木质素酚类),量化了矿质土壤不同深度(0-10 cm, 10-20 cm及20-30 cm)根际微生物源和植物源C的含量,并分析了其垂直分异规律的关键调控因素。此外还进一步揭示了植物源和微生物源C对根际SOC的相对贡献。

主要结果

1)SOC、植物源C和微生物源C含量随土层深度的变化

随着土壤深度的增加,SOC含量显著降低(图1)。其次,土壤微生物残体C、真菌残体C和细菌残体C也呈下降趋势(图2),并且各土层中根际真菌残体C是微生物残体C的主要组成部分(图2)。此外,随着土壤深度的增加,长链脂肪酸、角质、软木脂和木质素酚单体的含量均呈下降趋势(图3),并且各土层植物源C主要成分为软木脂(占57.59 ~ 63.27%),其次为长链脂肪酸(占17.14 ~ 24.66%),最后为木质素酚单体(占4.74 ~ 13.55)和角质(占9.80 ~ 11.40%)(图3)。

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

图1 不同土壤深度根际SOC含量

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

图2 不同土壤深度根际微生物源C含量

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

图3 不同土壤深度根际植物源C含量


2)微生物源C和植物源C含量随土层变化的关键调控因素

微生物源C与环境变量关系的冗余分析结果表明,真菌、细菌和微生物残体C含量与微生物生物量C、酶活性、根系生物量、金属有机复合体中结合态的铁(Fe)、铝(Al)离子含量和土壤C/N呈正相关,与土壤pH和比根长呈负相关(图4a)。植物源C的结果与微生物源C的结果一致(图4b)。另外,偏最小二乘路径模型表明,微生物生物量C、根系生物量和土壤pH对植物源C有直接且显著的影响(图5)。根系生物量对植物源C的总影响远高于微生物生物量C(图5)。此外,微生物源C对SOC的影响大于植物源C(图5)。

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

图4微生物源C和植物源C与环境变量之间关系的冗余分析

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

图5通过土壤和植物根系变量确定微生物源C和植物源C对SOC的直接和间接影响的偏最小二乘路径模型


3) 在每层土壤中,根际微生物源C对SOC的贡献超过62%,而根际植物源C对 SOC的贡献小于6%(图6)。另外,根际真菌残体C对SOC的贡献显著大于细菌残体C对SOC的贡献。此外,软木脂对根际SOC的贡献显著大于其他组分,约占植物源C总贡献的60%。

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

图6不同土壤深度根际微生物源碳和植物源碳对土壤有机碳的贡献

结论

本研究发现随着土壤深度的增加,根际植物源和微生物源C含量呈下降趋势,主要受根系生物量和微生物生物量的调控。微生物源C在矿质土壤表层0 ~ 30 cm范围内对根际SOC积累起主导作用。我们的研究结果为从根际角度评估微生物源和植物源碳对土壤有机碳的相对贡献提供了重要的参考和直接的实验证据。

高寒针叶林根际微生物源碳和植物源碳的垂直分布格局

图7 基于根际视角的高寒针叶林微生物源C和植物源C垂直分布格局及其在SOC形成中的相对贡献概念框架图



  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2026 - 03 - 20
    滨海湿地是全球重要的“蓝碳”储库,其来自陆海传输中形成的外源老化碳可占50%以上。然而,目前对于这些老化碳在滨海生态系统中储存机制尚不清楚,特别是矿物结合与微生物转化之间的协同作用仍是蓝碳科学中的关键短板,亟待建立相关机制模型以指导蓝碳的管理与评估。中国科学院烟台海岸带研究所李远副研究员、韩广轩研究员联合天津大学宋照亮教授、中国科学院南京土壤研究所骆永明研究员以及国内外多家单位,跨越20个纬度梯度对中国沿海36个红树林和盐沼湿地进行了系统调查。通过对表层土壤和1米深沉积柱的综合分析,结合14C同位素测年、生物标志物和模型解译,系统揭示了矿物-微生物协同作用对蓝碳周转与储存的联合调控机制。图1 海岸带红树林和盐沼研究点位及土壤有机碳特征分布研究发现,盐沼与红树林在碳周转时间上存在显著差异。具有高矿物沉积速率的盐沼湿地表现出比红树林更长的土壤有机碳周转时间(表层土壤平均为2200年 vs. 500年)。这一差异主要归因于盐沼中含有更高比例的老化碳(~50%)和化石碳(~20%)。在组分分配上,盐沼表层土壤的矿物结合态有机碳(MAOC)比例高达81.5%,显著高于红树林的66.6%,且盐沼含有更高比例的木质素酚(3.5% vs. 3.1%)和微生物残体碳(21% vs. 14%)。这表明在外源输入主导的生态系统中,SOC主要来自高降解的老化碳库。图2 基于14C的海岸带红树林和盐沼土壤有机碳组成和周转进一步应用线性混合效应模型和结构方程模型解析得出,矿物-微生物协同作用随深度发生显著转移:在表层土壤(0-20 cm)中,由于新鲜有机质输入丰富,微生物残体碳的积累是驱动碳周转的关键因素(影响系数 = 0.36);而在深层土壤(1 m)中,木质素的降解程度取代微生物生物量,成为决定有机碳千年尺度持久封存的主要预测因子(影响系数 = 0.45)。图3 海岸带红树林和盐沼表层和深层土壤有...
  • 点击次数: 0
    2026 - 01 - 30
    岗位一招聘岗位:技术支撑招聘人数:3人      综合月薪:7k-15k岗位职责1、项目前期对接(回复技术咨询,确认实验方案等);2、监督项目进度(与实验室对接检测要求,监督进度、确认数据);3、项目后期处理(追踪数据发放,协助处理项目结算等);4、老客户维护和新客户开发。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,微生物碳氮磷,有机氮组分、新污染物、代谢组学等),熟悉常规实验方法;3、熟悉相关实验室仪器设备(TOC仪,元素分析仪,液相等),具备相关实验数据的分析能力;4、性格外向,沟通能力强,能适应偶尔出差;岗位二招聘岗位:实验员招聘人数:8人      综合月薪:5k-10k岗位职责1、完成组内实验;2、完成领导安排的工作;3、进行实验的部分开发与验证。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历,优秀本科生亦可;2、有土壤、植物等理化实验经验;3、性格乐观开朗,主动性强;工作仔细耐心,有研究创新精神。岗位三招聘岗位:品牌经理招聘人数:15人     综合月薪:8k-20k岗位职责1、负责所在区域高校、单位的开拓推广工作,进入高校开展线下讲座、业务宣讲等活动;                                   2、定期拜访高校和企业相关重点客户,维持良好的检测合作关系;3、主动学习各种专业知识,关注行业动态及政策;4、负责完成上级领导布置的业绩目标。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,土...
  • 点击次数: 0
    2026 - 01 - 13
  • 点击次数: 0
    2026 - 01 - 05
    文献解读原名:Fast Decomposition of Nitrogen-Rich Mineral-Associated Organic Matter in Soils译名:土壤中富氮矿物结合有机质的快速降解期刊:Global Change BiologyIF: 12.0  发表日期:2025年8月第一作者:贾娟副研究员 通讯作者:冯晓娟研究员01.背景MAOM储存土壤中大部分碳氮,主要由富氮微生物残体组成,传统观点认为其通过矿物吸附稳定存在。然而,MAOM的分解潜力及内在调控机制尚不明确:氮富集化合物是因强矿物吸附而稳定,还是因化学易降解性而快速分解?有机-有机相互作用对MAOM稳定性的影响也不清楚。此外,MAOM碳饱和机制存在争议,需明确其内在性质(组成、碳负载)对持久性的调控作用。这些问题限制了对土壤碳库动态的预测能力,亟需深入研究。02.科学问题富氮MAOM的分解潜力是否更高?其内在性质(分子组成、碳负载)如何调控分解?03.材料与方法(1)构建13C标记的微生物/植物源MAOM,通过30天培养监测CO2释放及同位素特征,结合热解-气相色谱/质谱和氨基酸分析表征分子组成。(2)实验1:在不同纯矿物(蒙脱石、高岭石和针铁矿)上构建了组成和 OC 负载量不同的微生物源和植物源 MAOM(即MAOM-microbe和MAOM-plant),随后与来自两个森林和两个草地地点的表层土壤混合后进行分解,这些地点具有不同的气候和土壤特性。(3)实验2:在蒙脱石基质上构建了三种不同有机碳负载的微生物来源MAOM(MAOM-microbe),并在同一草地表层土壤中进行分解。(4)实验3:将实验1获得的部分MAOM-microbe经高压灭菌和洗涤处理以去除富含氮的细胞内化合物,随后在人工土壤中与未经灭菌的MAOM-microbe共同进行降解,以比较不同组...
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区龙潭街道成业路7号联东U谷二期7栋10楼
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务