亞熱帶所在喀斯特植被恢復背景下土壤固碳的微生物調(diào)控機制取得系列進展
在高強度耕作擾動向大規(guī)模植被恢復轉(zhuǎn)變背景下，我國西南喀斯特地區(qū)成為全球變綠的“熱點區(qū)”，植被碳匯能力顯著提升。但土壤固碳效應及驅(qū)動機制還缺乏充分認識，制約后期重大生態(tài)工程深入實施及土壤固碳增匯目標的實現(xiàn)。微生物在土壤固碳過程中起關(guān)鍵樞紐作用，它既能通過分解代謝向大氣中釋放碳，又能通過合成代謝將外源碳以微生物殘體形式儲存于土壤中。喀斯特碳酸鹽巖快速風化參與生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)，關(guān)鍵帶各圈層物質(zhì)循環(huán)快速、互饋作用顯著，土壤微生物及礦物組成區(qū)別于非喀斯特區(qū)，進而可能影響土壤有機碳穩(wěn)定和固持，但尚缺乏深入研究。
近日，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王克林研究員團隊在喀斯特植被恢復驅(qū)動的土壤微生物固碳機制方面取得系列進展。團隊以黔桂典型水熱梯度兩種巖性背景（石灰?guī)r和碎屑巖）森林生態(tài)系統(tǒng)為對象，同時以兩種巖性長期耕作的旱地為對比。研究發(fā)現(xiàn)，微生物源碳（微生物殘體碳）并不都是穩(wěn)定存在的，未受保護的組分相對植物源碳更容易被分解利用。同時發(fā)現(xiàn)，植被恢復背景下，石灰?guī)r比碎屑巖更有利于微生物源碳累積（高52-56%），并且受保護的微生物源碳（礦質(zhì)結(jié)合態(tài)微生物殘體碳）對溫度變化的抵抗力更高。石灰?guī)r通過調(diào)控鈣、鐵和微生物，促進微生物源碳累積和穩(wěn)定。
對比耕地發(fā)現(xiàn)，長期耕作擾動顯著損耗喀斯特土壤碳庫，且降低了微生物源碳對溫度變化的抵抗力。凸顯喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復對于提升土壤碳固定和穩(wěn)定的重要性。將結(jié)果進一步將拓展到西南三省，發(fā)現(xiàn)在已有植被恢復背景下，即使喀斯特區(qū)域土壤體積遠小于非喀斯特，其表層土壤（0-15cm）固定的微生物源碳仍顯著高于碎屑巖，且受礦質(zhì)保護的比例更高。
深入分析兩種巖性背景下微生物群落結(jié)構(gòu)、連接性和穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)喀斯特森林細菌和真菌多樣性高于非喀斯特森林，且細菌和真菌群落之間的連接性和穩(wěn)定性優(yōu)于非喀斯特森林；進一步分析參與土壤養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵功能微生物固氮菌和叢枝菌根真菌，發(fā)現(xiàn)喀斯特植被恢復背景下固氮菌和叢枝菌根真菌相互作用增強，群落結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，有利于提高植物對土壤養(yǎng)分的吸收利用效率。
研究團隊同時發(fā)現(xiàn)，喀斯特植被恢復驅(qū)動下，固氮菌和叢枝菌根真菌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜度隨溫度和降雨的增加而增加，有利于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抵消了區(qū)域溫度增加加速土壤碳庫分解的負面效應，并進一步驗證了喀斯特高pH和高鈣環(huán)境是植被恢復背景下微生物多樣性和穩(wěn)定性增加的主導因素。
系列研究結(jié)果揭示了喀斯特土壤固碳的微生物調(diào)控機制，證實氣候變化背景下植被恢復在西南喀斯特區(qū)具有較大的土壤碳固定和穩(wěn)定潛力，為喀斯特生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯優(yōu)化管理提供了重要依據(jù)。
在王克林研究員和張偉研究員指導下，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry、Science of The Total Environment、Forest Ecology and Management、Applied Soil Ecology上。上述研究得到了國家自然科學基金重點基金、區(qū)域聯(lián)合重點基金以及廣西自然科學基金等項目的支持。
圖1喀斯特（石灰?guī)r）和非喀斯特（碎屑巖）植被恢復背景下微生物殘體碳累積機制
圖2 喀斯特與非喀斯特植被恢復背景下微生物群落結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)連接特征
圖3 喀斯特人工恢復和自然恢復模式下固氮菌和叢枝菌根真菌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與土壤性質(zhì)、氣候互作關(guān)系
