華南植物園揭示氣候和土壤調控微生物殘體在亞熱帶森林中的海拔分布格局
植物來源碳和微生物來源碳的輸入與土壤呼吸作用和淋溶導致的碳損失之間的平衡決定著土壤有機碳的積累。傳統觀念認為植物的凈初級生產是土壤碳積累的決定性因素，研究也多關注植物來源碳對土壤有機碳形成、積累和穩定的貢獻，以及微生物的分解作用對土壤有機碳組成和周轉的影響。然而，對土壤微生物殘體的海拔分布規律和季節變異的關注較少，并且有關微生物殘體對土壤有機碳積累的影響及其對未來環境變化的響應認識不足。
中科院華南植物園生態與環境科學研究中心博士研究生牟之建和況露輝在劉占鋒研究員的指導下，以鼎湖山海拔梯度（200-950 m）為研究對象，以50 m為采樣間隔研究了土壤微生物殘體的海拔分布規律和季節變化，及其與環境因子之間的關系。研究發現，土壤微生物殘體濃度及其對土壤有機碳的貢獻率受到海拔和季節的共同影響，干季的濃度值（圖1）和貢獻率（圖2）顯著高于濕季。土壤微生物殘體貢獻了亞熱帶森林土壤有機碳含量的18.9%，其中以真菌殘體的積累為主導，占據了13.2%的土壤有機碳含量，顯著高于細菌殘體（5.7%）。盡管真菌和細菌殘體的濃度呈現出相似的海拔分布規律，均隨著海拔的升高線性增加或呈現出二次曲線的分布格局，其在土壤中的積累受不同環境因子調控（圖3）。真菌殘體在土壤中的積累受溫度和土壤養分狀態調控，隨著溫度的增加和養分的流失逐漸減少；而細菌殘體的積累與土壤養分和水分狀況密切相關，隨著水分的增加和養分的富集逐漸積累。研究結果表明亞熱帶森林土壤微生物殘體，尤其是真菌殘體的積累，在未來氣候變暖的背景下將受到抑制，對土壤有機碳周轉產生深遠的影響。
相關研究成果已近期在線發表在國際土壤學主流期刊Catena（《卡泰納》）（IF5year = 5.198）上。該研究得到中國科學院戰略生物資源服務網絡計劃生物多樣性保護策略專項、國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會優秀會員項目等共同資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105707
圖1. 微生物殘體濃度在干濕兩季中的海拔分布規律
圖2. 微生物殘體對土壤有機碳的貢獻在干濕兩季中的海拔分布規律
圖3. 氣候、植被、土壤和微生物特性對微生物殘體積累的影響
