028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

日期: 2022-02-08
标签:

原名:Depth-dependent drivers of soil microbial necromass carbon across Tibetan alpine grasslands

译名:青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

期刊:Global Change Biology

2020年影响因子: 10.863

在线发表时间:2021.11.02

第一作者:Mei He

通讯作者:Yuanhe Yang

第一单位:中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室

研究背景

微生物坏死碳(C)被认为是持久性土壤碳库的重要贡献者。然而,目前还缺乏对不同土层特别是高山生态系统微生物坏死量C的大规模系统观测。此外,植物碳输入和矿物性质等生物和非生物变量在调节微生物坏死量C方面的相对重要性是否会随土壤深度而改变尚不清楚。


研究方案

沿着青藏高原约2200公里的高寒草地样带进行了大规模采样,共采集了36个地点的表土和底土样品(Figure 1a),并根据氨基糖估算了微生物残体C的含量。为了探索微生物残体C的关键决定因素,检测了各种生物和非生物因素,包括植物碳输入、微生物性质(如微生物生物量C (MBC)、总磷脂脂肪酸(PLFAs))、矿物保护(粘土含量、铁/铝氧化物和交换性钙)和土壤理化性质(如:土壤温度、有机碳与全氮比)。进一步采用方差分解分析(VPA)和结构方程模型(SEM)定量分析了这些因素对土壤微生物残体C空间变化的相对贡献。


主要研究结果

在36个采样点,表层和深层土壤的微生物残体C分别为0.55 ~ 34.78和0.40 ~ 15.19 mg g-1 dry soil,平均值分别为9.57, 1.72和3.29, 0.57 mg g-1 dry soil. 高寒草原、高寒草甸以及整个高寒草地的微生物残体C均随土壤深度的增加而显著降低(Figure 1 c)。与总微生物残体C一致,真菌和细菌残体C在表土中显著高于底土(Figure S1)。而在有机碳归一化条件下,两种草地类型的土壤微生物残体C含量均无显著差异(高寒草原:P = 0.47;高寒草甸:P = 0.40)或整个高寒草甸(P = 0.28,Figure S2)。有趣的是,高寒草地微生物残体C对土壤有机碳的贡献显著低于全球草地 (表土:45.4% vs 58.1%;底土:41.7% vs. 53.7%; Figure S3)。

微生物残体C的主要决定因素与土壤深度有关。在表土中,微生物残体C随植物C输入量、MBC、总PLFAs、真菌PLFAs和细菌PLFAs的增加而显著增加(Figure 2a-e)。与黏土含量、Caexe、Feo+Alo和Fep+Alp也表现出正相关 (Figure 3a-d)。此外,微生物残体C随土壤理化参数的变化而变化,与土壤水分和有机碳/全氮 (Figure 4b-d),但与土壤pH值呈负相关(Figure 4c),与土壤温度没有显著关系 (Figure 4a)。与表土相似,底土微生物残体C与植物C输入量、总PLFAs、细菌PLFAs (Figure 2f, h, j),粘土含量,Caexe, Feo+Alo, Fep+Alp (Figure 3e-h) 呈正相关。与土壤湿度(Figure 4f),与土壤pH值(Figure 4g),但不受土壤温度(Figure 4e)和SOC/TN (Figure 4h)的调控。

VPA和SEM结果共同表明,微生物残体C的主导驱动因素在不同土壤深度之间存在差异 (Figure 5-7)。对于表层土壤,VPA结果表明植物C输入和矿物保护在调节整个研究区微生物残体C的积累中发挥了重要作用。植物C的输入和矿物保护完全解释了92.6%的微生物残体C的空间变异 (Figure 5a)。SEM分析还表明,微生物残体C主要受植物C输入和矿物保护的直接影响 (Figure 6a),标准化直接效应分别为0.48和0.55 (Figure 7a)。此外,植物C的输入通过调节土壤pH和矿物保护间接影响微生物残体C (Figure 7a)。VPA结果表明,与表层土壤相比,在深层土壤中,矿物保护对微生物残体C变化的解释比例(30.1%)远高于植物C输入(4.1%) ( Figure 5b)。SEM分析证实了矿物保护在调节土壤微生物残体C中的重要作用 (Figure 6b)。生物和非生物因素共同解释了62%的微生物残体C的空间变异 (Figure 6b)。其中,矿物保护对微生物残体C的直接影响最大,而植物C的输入对最终的SEM没有直接影响 (Figure 7b)。

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 1 Geographic distributions of sampling sites (a) and frequency distributions of microbial necromass C in the topsoil (b) and subsoil (d) across Tibetan alpine grasslands, and comparison of microbial necromass C between the two soil depths in alpine meadow, alpine steppe and the whole alpine grassland (c). The vegetation map is derived from China's Vegetation Atlas (Editorial Committee for Vegetation Map of China, 2001). The horizontal lines and circles inside each box represent the medians and the mean values, respectively. The ends of the boxes show the 25th and the 75th quartiles, and the whiskers indicate the standard deviation (SD), respectively.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 2 Relationships between microbial necromass C and biotic factors including plant C input (a, f), MBC (b, g), total PLFAs (c, h), fungal PLFAs (d, i) and bacterial PLFAs (e, j). Blue and yellow symbols represent data points in the topsoil and subsoil, respectively. The solid cycles and triangles represent data points from alpine steppe (n = 22) and alpine meadow (n = 14), respectively. The solid lines were fitted by ordinary least-squares regressions, and the shadow areas corresponded to 95% confidence intervals. * and ** represent significant level at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. MBC: microbial biomass carbon. PLFAs: phospholipid fatty acids.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 3 Relationships between microbial necromass C and mineral protection including clay content (a, e), Caexe (b, f), Feo+Alo (c, g) and Fep+Alp (d, h), respectively. Blue and yellow symbols represent data points in the topsoil and subsoil, respectively. The solid cycles and triangles represent data points from alpine steppe (n = 22) and alpine meadow (n = 14), respectively. The solid lines were fitted by ordinary least-squares regressions, and the shadow areas corresponded to 95% confidence intervals. * and ** represent significant level at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. Caexe: exchangeable Ca2+; Feo+Alo: sum of pyrophosphate-extractable Fe/Al oxides; Fep+Alp: sum of oxalate-extractable Fe/Al oxides.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 4 Relationships between microbial necromass C and soil physicochemical properties including soil temperature (a, e), soil moisture (b, f), soil pH (c, g) and SOC/TN (d, h), respectively. Blue and yellow symbols represent data points in the topsoil and subsoil, respectively. The solid cycles and triangles represent data points from alpine steppe (n = 22) and alpine meadow (n = 14), respectively. The solid lines were fitted by ordinary least-squares regressions, and the shadow areas correspond to 95% confidence intervals. * and ** represent significant level at P < 0.05 and P < 0.01, respectively. SOC: soil organic carbon; TN: total nitrogen.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 5 Results of variation partitioning analyses illustrating the relative contribution of plant C input and mineral protection to microbial necromass C in the (a) topsoil and (b) subsoil. The retained mineral variables by stepwise regression model were Caexe and Feo+Alo in both the topsoil and subsoil. X1 and X2 indicate the pure effect of each type of variable, and X3 suggests the joint effect of two types of variables. Caexe: exchangeable Ca2+; Feo+Alo: sum of pyrophosphate-extractable Fe/Al oxides; Fep+Alp: sum of oxalate-extractable Fe/Al oxides.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 6 Structural equation models (SEM) revealing the direct and indirect effects of biotic and abiotic factors on microbial necromass C in topsoil (a) and subsoil (b). Black and red solid arrows indicate positive and negative associations, respectively. Dotted lines represent pathways that are not significant. Numbers adjoining the arrows indicate significant standardized path coefficients. The arrow width is proportional to the strength of the association. The multiple-layer rectangles indicate the first component from the PCA of mineral and microbial properties, and the vertical arrows within it represent the positive relationships between adjacent variables and the corresponding PC1. SOC: soil organic carbon; TN: total nitrogen; PLFAs: phospholipid fatty acids; MBC: microbial biomass carbon. Caexe: exchangeable Ca2+; Feo+Alo: sum of pyrophosphate-extractable Fe/Al oxides; Fep+Alp: sum of oxalate-extractable Fe/Al oxides; *, P < 0.05; **, P < 0.01; ***, P < 0.001.

文献解读 | 青藏高原高寒草地土壤微生物残体碳的驱动者取决于土壤深度

Figure 7 Standardized effects of each variables from the structural eaquation modelling (SEM) analysis. (a) and (b) represent standardized direct effects of plant C input and mineral protection in the top and subsoil, respectively; (c) and (d) correspond to standardized indirect effects of soil moisture, soil pH and and plant C input in the topsoil and subsoil, respectively. The values adjacent to the column represent the standardized coefficients in SEM.


结论

基于大规模调查和室内分析相结合的方法,青藏高原高寒草地表层和深层土壤微生物残体 C对有机碳的贡献率均高达40%。微生物残体C的主导因素也与土壤深度有关: 植物C输入的作用随着土壤深度的增加而减弱,而矿物保护的作用则随着土壤深度的增加而增强。因此,本研究强调土壤深度之间微生物残体碳的差异控制应纳入地球系统模型,以减少土壤碳动态预测中的不确定性。本研究还表明,矿物保护似乎是控制深层土壤微生物残体C长期稳定的关键机制,这可能会减缓气候变化下潜在的正C-气候反馈效应。

  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2025 - 03 - 14
    栢晖,第三方专业科研检测机构2025年3月8日下午13点,栢晖生物举行了一年一度的“安全日”活动。本次活动分为“安全知识培训”和“消防实操演练”两个环节,旨在进一步提升全员安全意识和应急处置能力。活动伊始,总经理杨锦兀发表讲话,介绍了举办“安全日”活动的初心与意义,并强调实验室安全对企业和员工的重要性。他指出,只有将安全理念内化于心、外化于行,才能保障科研工作的有序开展。在随后的安全知识培训中,实验室张副经理围绕灭火器使用、试剂管理、气瓶安全和现场应急处理等内容进行了系统讲解。张副经理结合真实案例,深入浅出地讲解了灭火器的正确操作步骤、火灾应对要点,以及实验室试剂的分类、存储和废弃处理规范等。通过图示和现场互动,全体员工对安全操作有了更清晰、更全面的认识。消防演练环节中,张副经理现场示范灭火器的正确使用方法,并组织员工逐一进行实操训练。通过动手演练,大家切实掌握了应急灭火技能,提升了面对突发状况的应对能力。安全,是科研顺利推进的前提,也是企业可持续发展的保障。栢晖生物始终坚持“安全第一、预防为主”的原则,持续夯实安全管理基础,营造更加安全、高效的实验环境。
  • 点击次数: 0
    2025 - 03 - 05
    文献解读原名:Multitrophic interactions support belowground carbon sequestrationthrough microbial necromass accumulation in dryland biocrusts译名:多营养级相互作用通过微生物残体积累以支持干旱生物结皮中土壤碳封存期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:9.8发表日期:2025年1月第一作者:石佳 中国农业大学 博士研究生通讯作者:王祥 中国农业大学 教授1背景土壤有机碳(SOC)是全球最大的陆地有机碳库,估计有1500-2400 Pg。SOC在调节全球碳储量和通量方面发挥着重要作用。土壤微生物被视为土壤碳动态的主要调节因子。一般来说,微生物通过分解减少SOC库存,同时通过形成微生物生物量和稳定坏死残留物来促进稳定的碳库。最近对土壤生物标志物的全球评估表明,微生物尸体占SOC库的50%,而活微生物生物量不到5%。因此,需要深入了解控制微生物生命和死亡过程的机制,以揭示全球碳循环的复杂性,并制定有效的土壤管理策略。如生物物理特征、细胞化学组成和生活史等,影响土壤有机物循环与微生物残体碳(MNC)积累。碳利用效率(CUE)衡量转化为微生物生物量的有机碳占比,反映土壤有机碳(SOC)平衡,与 MNC、SOC 的关系存争议。竞争、互利共生和捕食等生物相互作用,影响微生物残体形成与性质。土壤微生物是食物网基础,种间竞争和高营养级捕食影响其存亡与生物量向残体的转化。营养级内和级间的相互作用,会影响 MNC 积累与 SOC 。2提出假设(1)多个营养级类群会介导土壤微生物残体碳的积累。(2)营养级内的资源竞争和跨营养级的掠食性捕食,都可能导致土壤碳更高效地分解,以及微生物残体积累减少。3材料与方法(1)研究区域位于中国西北部陕西省神木市...
  • 点击次数: 0
    2025 - 03 - 01
    栢晖生物成立于2014年,致力于为生态、农业、林业等科学研究领域提供专业的检验检测服务。公司总部位于成都市成华区四川检验检测创新科技园,实验室规模近3000平,拥有成熟、完善的实验室管理体系。01招聘岗位概览01技术支撑(3人,6-15k)岗位要求:1.生态学、农学、土壤学、林学、草学、环境工程专业硕士,接受应届生;2.有相关实验经验(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,有机酸检测,磷组分,PLFA,微生物碳氮磷,有机氮组分等),对于常规实验方法熟悉;3.熟悉相关实验室仪器设备(如:TOC仪,元素分析仪,液相等),了解并掌握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;岗位职责:1.项目前期对接(回复技术咨询,实验方案确认等);2.监督项目进度(与实验室对接检测要求,监督实验进度、确认实验数据);3.项目后期处理(追踪数据发放,协助处理项目结算等相关问题)。工作地点:成都02品牌经理(9人,6-15k)岗位要求:1、生态学、农学、土壤学、林学、草学、环境工程专业本科及以上学历,23及24届研究生优先,优秀25届亦可;2、有相关实验经验(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,有机酸检测,磷组分,PLFA,微生物碳氮磷,有机氮组分等),对于常规实验方法熟悉;3、性格外向,沟通能力强,能适应出差;4、工作踏实,自律性和执行能力强,具有积极进取的精神和不断学习的态度;5、有第三方检测机构相关经验者优先考虑。岗位职责:1、负责所在区域高校和企业市场的开拓推广工作,进入高校开展线下讲座、企业宣讲等活动;2、定期拜访高校和企业相关重点客,通过邮件、直播讲座、电话及微信等与需求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和工作目标;工作地点(驻点城市):北京 广州 南京 杭州 昆明 西安 长沙 沈阳 福州03项目管理(3人,...
  • 点击次数: 0
    2025 - 02 - 13
    木质素酚的来源木质素是土壤有机碳的重要组成部分,具有芳香单元的三维立体结构, 化学稳定性高,未经分离或化学转化,现有的分析技术很难对其进行直接定量分析。分子标志物的方法是目前用于测定土壤木质素含量和组成较为普遍的方法,即用木质素酚类化合物的含量,对木质素的含量及有机质来源进行指示。目前常用的处理方法是碱性氧化铜裂解出小分子单体,通过LC-DAD、LC-MS、GC-FID和GCMS测定。目标物质分类及应用意义香草基酚系列(V):香草酸、香草醛、香草乙酮丁香基酚系列(S):丁香酸、丁香醛、乙酰丁香酮肉桂基酚系列(C):对-香豆酸、阿魏酸对羟基酚系列(P):对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛、对羟基苯乙酮样品处理方法方法原理:土壤样品中木质素通过碱性氧化铜在高温下水解成单环酚盐类,调节pH=1,用液液萃取提取出酚类单体,经双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)衍生,用GCMS分离检测,以保留时间和质谱特征离子定性,内标法定量。操作步骤:称0.5-1.0g(精确至0.0001g)样品于反应釜,加1.0g氧化铜和0.1g硫酸亚铁铵,混匀。加10mL氢氧化钠(2mol/L),氮气置换釜内空气15min,170 ℃ 水解3h,加40ug内标,转移,离心,固液分离,10mL超纯水分两次清洗沉淀,合并上清液。1+1盐酸调pH=1,暗处放置1h,离心,固液分离,0.1molL盐酸清洗沉淀两次,合并上清液。提取液加2g氯化钠,混匀,用30mL乙酸乙酯分3次萃取,收集合并有机相,过无水硫酸钠除水。40 ℃氮吹至干燥,加100uL吡啶和400uLBSTFA,70℃下反应3h,上机测定。校正曲线:取适量木质素酚标准使用液,加入到预先装有1mL乙酸乙酯的衍生瓶中,加40ug内标,配制成系列标准溶液,40 ℃下氮气吹干,衍生。数据计算及分析定性方法:通过样品中目标物与标准系列中目标物的保留时间、质谱图,碎片离...
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
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