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
    2024 - 07 - 25
    一、木质素酚实验流程:→氧化:CuO+Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O+2 M NaOH高温氧化。收集上清液→提取:纯水洗渣两次,合并上清液,调PH→衍生:吡啶+BSTFA衍生→上机:(GS-MS)图谱展示:二、角质、软木质实验流程:→水解:称取约1.0~2.0g的土样于四氟乙烯反应釜中,1mol/L甲醇化氢氧化钠3mL,沸水浴3h。→净化:a.酸化:待水解液冷却至室温后,用10ml甲醇:二氯甲烷(1:1)混合液冲洗水解管,超声15min。取上清液用HCl酸化至ph b.萃取:收集有机相于5mL衍生瓶中,于38°C下轻轻氮吹至干。→衍生:向吹干的衍生瓶中加入100uL吡啶和400uLBSTFA后盖紧。漩涡30s混匀,70°C反应3h,待冷却后上机。→上机:(GC-MS)图谱展示:三、脂类(游离态脂)实验流程:→萃取:称取约0.5~1.0g的土样于10mL离心管中,加入5mL丙酮:二氯甲烷(1:1)混合液超声萃取20min,离心收集上清液。重复两次合并上清液并氮气吹干,衍生后上机测试。→衍生:向吹干的样品和标准的衍生瓶中加入100uL吡啶和400uLBSTFA后盖紧。涡旋30s混匀,70°C反应3h,待冷却后上机。→上机(GC-MS)图谱展示:更多相关检测讯息so栢晖生物~
  • 点击次数: 0
    2024 - 07 - 24
    文献解读原名:Not all soil carbon is created equal: Labile and stable pools under nitrogen input译名:并非所有的碳都是相同的:氮输入下的易分解库和稳定库期刊:Global Change BiologyIF:10.8发表日期:2024.7.8第一作者:臧华栋 中国农业大学农学与生物技术学院背景人类活动提高了世界范围内的氮输入,由于农业活动和化石燃料的使用,人类氮输入比自然来源大30%-50%。鉴于碳氮之间的密切关系,活性氮输入水平将极大地影响全球碳循环,氮输入的增加刺激了土壤碳储存,因为氮的增加促进了植物生物量的产生和植物来源的碳输入,然而氮输入对不同周转时间的有机质(SOM)库影响仍存在争议,特别是其潜在机制。因此,探究有机质库对氮输入的响应对阐明全球C循环的复杂性至关重要。假设(1)通过方法组合可以有效地评价C池(从数年到数十年的周转率)对氮施肥的响应。(2)“碳限制”和“微生物氮开采”这两种机制都与SOM池相关,取决于它们的可用性,这代表这两种理论之间的联系。科学问题(1)分析不稳定到稳定有机质的矿化反应;(2)量化各种有机质库分解对氮输入的敏感性;(3)评估细菌和真菌群落变化,并阐明微生物群落的变化程度如何反映有机质分解对氮输入的响应。材料与方法方法:将有机质中的13C自然丰度与21年的C3-C4植被转换和长期孵化实验结合起来,估算氮输入对不稳定碳库和稳定碳库有机质矿化的影响。土壤取自霍恩海姆大学试验站0-10厘米深度(有机碳约2.4%,总氮含量0.25%,pH值5.1)和邻近草地(有机碳约2.5%,总氮0.21%,pH 5.1)。巨芒草作为一种C4植物,在21年前被引入到之前的C3草地土壤中,导致δ13C从−27‰转移到−17‰。δ13C中这种差异被用来区分新土壤和老土壤有机碳。C4-...
  • 点击次数: 0
    2024 - 07 - 15
    土壤氨基糖实验流程如下:一、实验方法及原理氨基糖在吡啶-甲醇溶液中,以 4-二甲氨基吡啶为催化剂的条件下与盐酸羟胺和乙酸酐发生糖腈乙酰酯反应, 所得衍生物可利用气相色谱测定。二、实验步骤2.1主要实验仪器   GC(毛细管分流进样口, FID检测器)鼓风烘箱(涵盖105℃,可定时8h)涡旋混合仪(2850rpm)离心机(50mL,3650rpm)冷冻干燥机水浴锅(45℃、80℃)旋转蒸发仪(100mL,65℃)离心机(5mL,8000rpm)2.2 实验步骤1、水解:称取约0.5~1.0g的土样于水解管中,沿管壁加入5 mL 6 mol/L盐酸,用氮气置换水解管中空气2min后密封。在烘箱中105℃放置8h水解。2、净化:a) 除酸:待水解液冷却至室温后,加入200μgN-甲基氨基葡萄糖(1mg/mL水溶液,200μL)。涡旋仪震荡30s混匀。取部分水解液于5mL离心管中,于8000rpm离心1min。取上清液2.5mL于50mL离心管中用氮气于65℃吹干。用25mL纯水溶解吹干后的残渣。加0.4mol/LKOH和0.01mol/LHCL调节pH至6.6~6.8。b) 除盐:离心管以3000rpm离心5min,转移出上清液于100mL茄型瓶中,于65℃,25rpm旋转蒸发至干。再加入10mL无水甲醇分两次溶解瓶中残渣。后转移至另一50mL离心管。氮吹至5mL以下,涡旋溶解管壁有机物后,以4000rpm离心5min,除盐。再将上清液转移到5mL衍生瓶中并加入100μg戊五醇(1mg/mL水溶液,100μL),于40℃氮气吹干。3、标准样品制备:同时准备3个标准样品。另取衍生瓶中加入100μL混标(1mg/mL的氨基葡萄糖、氨基半乳糖、氨基甘露糖,0.5mg/mL胞壁酸),100μgN-甲基氨基葡萄糖(1mg/mL水溶液,100μL),100μg戊...
  • 点击次数: 0
    2024 - 07 - 01
    原名:Conversion of SIC to SOC enhances soil carbon sequestration and soil structural stability in alpine ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau.译名:无机碳(SIC)向有机碳(SOC)的转化增强了青藏高原高寒生态系统的土壤固存和土壤结构稳定性。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:9.7发表日期:2024.8(网络首发2024.5)第一作者:马云桥 青海大学高原生态与农业国家重点实验室(李希来课题组)一、背景陆地生态系统储存了大量的有机碳(SOC)和无机碳(SIC),土壤有机碳和土壤无机碳由非生物和微生物因素驱动具有潜在动态相互关系,对土壤结构和固碳有重要影响(图1)。同时青藏高原约占国土面积的五分之一,是我国巨大的碳库,因此对该区域生物和非生物因子介导的土壤有机碳和无机碳动态转化过程和机制研究显得尤为重要。图1 微生物驱动的有机碳和无机碳周转关系示意图二、科学问题(1)评估不同空间尺度下不同植被类型中聚集体的组成和稳定性;(2)量化SOC、MBC、DOC、SIC和碳水解酶酶活性(α-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶)的分布,以及不同植被类型不同土壤团聚体中细菌和真菌群落的组成和多样性;(3)分析调控团聚体内SOC和SIC动态转化的主要生物和非生物因子,以约束土壤团聚体形成与土壤碳库动态转化的关系。三、材料与方法(1)研究地点位于中国青海省河南-蒙古自治县(北纬34°05′-34°56′,东经100°53′-102°16′),海拔范围3400-4200米。(2)MS代表高寒草甸阳坡,SS代表高寒草甸阴坡,WR代表河滨湿地。每种地形的优势植物机水汽条件有所不同(...
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
Q  Q : 2105984845
地址:四川省成都市成华区成宏路72号-四川检验检测创新科技园2号楼4层
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
电话:028 8525 3068
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