028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累

日期: 2022-03-08
标签:

原名:Thresholds in aridity and soil carbon-to-nitrogen ratio govern the accumulation of soil microbial residues

译名:干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累

期刊:Communications Earth & Environment

IF12.298

发表时间:2021.11.18

第一作者Zhiguo HaoYunfei ZhaoXia Wang

通讯作者Xia Wang

主要单位:兰州大学地球与环境科学学院

摘要:

微生物残体有助于土壤碳(C库的形成和稳定,但影响其在全球范围内积累的因素尚不清楚。该研究综合了268个来自草原和森林生态系统的氨基糖浓度数据(微生物残体的生物标志物)进行Meta分析。结果发现,土壤有机碳(SOC)、土壤碳氮比和干旱指数是预测微生物残体C积累的关键因子。超过土壤的临界干旱指数和土壤碳氮比(分别为~0.768~9.583)后,土壤微生物残体量急剧下降。干旱指数阈值与湿润气候范围有关,而土壤碳氮比的阈值可能与真菌丰度的急剧下降相一致。尽管主导因子在生态系统和气候带之间存在差异,但土壤SOC和干旱指数始终重要,该研究结果强调气候和土壤环境可能控制微生物残体积累。 

研究背景:

土壤是陆地生态系统中最大的C储存库。C收支的微小变化可能会对陆地生态系统的结构和功能产生深远影响。作为土壤的原住民,微生物可以通过分解代谢和合成代谢来调节土壤C的动态。其中,微生物合成代谢在促进土壤有机质稳定储存方面的作用日益突出。微生物利用所获得的植物残体进行群落构建,其死亡后,微生物衍生的C(体内周转产物,包括死亡的微生物残留物和部分代谢物)通过化学吸附(与矿物质结合)或物理包裹(团聚体)的形式被封闭而稳定在土壤中,能够有效抵抗外界因素的干扰,长期留存。有研究表明,微生物残体C占土壤SOC库很大比例,甚至高达80%。虽然微生物量CSOC的贡献微小,但微生物残体CSOC的贡献不容忽视。微生物群落对环境变化高度敏感。例如土壤性质和气候变化,可以通过影响微生物的生理特性(如微生物生长速率和生长效率)以及生化特性来影响微生物代谢物向土壤的转移及其稳定性。考虑环境变化对微生物群落内部特征的影响,存在一个微生物残体积累最大化的最佳环境条件范围。确定微生物生长的最佳环境条件,使微生物的残体积累量最大,SOC分解量最小,有利于土壤固C管理。目前,氨基糖生物标志物越来越多地被用来研究微生物残体的储存机制。由于土壤中只有少部分的氨基糖与微生物生物量有关,而植物中不含氨基糖,因此,利用氨基糖可以追踪到微生物残体的遗存。在大多数研究中,只有氨基葡萄糖、氨基半乳糖、氨基甘露糖和胞壁酸4种类型的氨基糖被定量测定,其中氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸最为丰富,在这4种氨基糖中,真菌产生大部分的氨基葡萄糖,而细菌主要产生胞壁酸,只产生少量的氨基葡萄糖。氨基糖生物标志物的利用,有助于广泛量化土壤氨基糖含量的全球异质性及其预测因子。

研究内容 

本研究通过收集了森林和草原生态系统0 ~ 20cm土层的268个微生物残体数据点的氨基糖数据进行Meta分析。

假设:

1.气候、地理位置和土壤理化性质对微生物残体积累有不同的影响,它们的相对重要性依次为地理位置>气候>土壤理化性质。

3.存在一个微生物残体积累的最佳环境条件范围或阈值。

 

主要结果:

1. 微生物残体的地理分布格局

表层土壤氨基糖含量范围为0.04 ~ 11.21 mg g-1,平均值为2.25 ± 0.13 mg g-1,中位数为1.68 mg g-1。森林和草原的氨基糖浓度无显著差异,但气候区之间存在显著差异。其中,温带地区的氨基糖浓度显著高于亚热带地区,其他气候区之间的氨基糖浓度差异不显著。植被类型与气候区之间对氨基糖浓度没有显著交互作用。亚热带森林与温带森林之间和亚热带森林与温带草原之间氨基糖浓度存在显著差异。整体上,氨基糖浓度与SOC浓度显著相关。

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累 

1. 研究中使用的数据集。 a研究地点;b不同生态系统和气候区之间的Kruskal–Wallis检验。

2. 全球尺度上微生物残体的预测因子

随机森林模型表明,本研究中考虑的所有环境变量都是影响氨基糖浓度的重要预测因子。结构方程模型( SEM )解释了氨基糖65.4 %的变异。在考虑变量间的因果关系后,SOC、土壤碳氮比和干旱指数仍具有较标准的总效应。

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累 

2. 环境变量与氨基糖在全球范围内的关系模型。a结构方程模型( SEM )b环境变量之间的相关性。c SEM的标准总效应。d随机森林模型(各环境要素对土壤氨基糖绝对含量的重要性)

3. 微生物残体对干旱、土壤碳氮比和土壤有机碳的非线性响应

确定了氨基糖积累的干旱指数( 0.768 )和土壤碳氮比( 9.583 [ln ( x + 1 )转化值0.57ln ( x )转化值2.26]增加的阈值水平。在此阈值以上,氨基糖浓度显著降低。对于SOC,阈值处的曲率并不影响原趋势,且随着SOC的增加,氨基糖的累积量呈线性增加。

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累 

3. 氨基糖对干旱指数和土壤碳氮比的响应模型。ab氨基糖对干旱指数和土壤CN比的非线性响应;cd干旱和土壤CN比阈值下各变量预测值的差异。

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累 

4. 氨基糖对土壤有机碳(SOC)的响应模型。a氨基糖对SOC的非线性响应;b SOC阈值下变量预测值的差异。

 

4. 不同生态系统类型和气候区微生物残体的预测因子。

随机森林模型显示SOC和干旱指数是亚热带草原、温带草原、亚热带森林和温带森林氨基糖最重要的预测因子。土壤pH和碳氮比也显著预测了草地的氨基糖含量,而绝对纬度则预测了森林的氨基糖含量。与其他类别相比,土壤粘粒含量是影响温带森林氨基糖的最主要因素,而土壤p H的影响不显著。

结构方程模型中,SOC是氨基糖的主要正向调节因子。在草地中,干旱指数和土壤pH是次要的最重要的预测因子,而绝对纬度强烈预测温带草地中的氨基糖。在亚热带森林中,土壤pH对氨基糖的影响仅次于SOC,其次是土壤碳氮比和土壤粘粒含量。温带森林土壤碳氮比对氨基糖类表现出较强的负效应。

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累 

5. 不同生态系统和气候区的随机森林模型。a亚热带草原;b温带草原;c亚热带森林;d温带森林。

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累 

6. 生态系统和气候区的结构方程模型

干旱阈值和土壤碳氮比控制着土壤微生物残体的积累 

7. 环境变量对土壤氨基糖绝对含量的标准总效应。

 

总结:

该研究清晰地阐明了SOC和干旱是影响全球和区域微生物残体积累的主要因素。在全球气候变化的背景下,微生物群落可能经历一个最理想的厌氧阶段。在此阶段,土壤微生物C泵介导的土壤C捕获过程将表现出最佳的响应状态。在全球尺度上,干旱指数为~ 0.768或土壤碳氮比为~ 9.583时微生物残体积累量出现峰值。高于这个水平,微生物残体量明显减少。这可能是由微生物群落中优势种类的变化引起。


  • 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