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期刊：Global Change Biology
题目：Aridity-driven change in microbial carbon use efficiency and its linkage to soil carbon storage
通讯作者：李金全 青年研究员（复旦大学）
原文链接：https://doi.org/10.1111/gcb.17565
发表日期：2024-11-04
人们普遍预测全球变暖将加剧干旱地区干旱，但干旱变化对微生物碳利用效率（CUE）及其与土壤有机碳（SOC）储量的联系的影响仍未得到解决，这限制了气候变化下土壤碳动态预测的准确性。该研究旨在揭示干旱变化对微生物 CUE 的总体影响及其与 SOC 的联系。研究的具体目标是：（1）揭示干旱变化对微生物 CUE 的影响，（2）确定干旱引起的微生物 CUE 变化的调控因素，以及（3）探索干旱引起的微生物 CUE 变化与干旱引起的 SOC 变化之间的联系。为此，该研究沿中国北方东西横断面采集了 50 个不同干旱度的土壤，并在田间水分条件和不同实验水分含量下测定了 CUE。此外，为了确定与干旱度梯度变化相关的决定因素，作者分析了水土条件、物理化学保护、底物可利用性、底物质量和微生物特性。最后，为了探索微生物 CUE 在解释干旱梯度上 SOC 变化中的作用，作者进行了随机森林模型和线性模型分析。该研究假设：（1）由于微生物多样性和底物的可用性及质量通常会随着干旱度的增加而降低，因此干旱度的增加会削弱微生物 CUE；（2）由于理化保护和微生物多样性在调解微生物过程和底物条件方面的重要性，因此理化保护和微生物多样性的变化可能会在沿干旱度梯度调节微生物 CUE 方面发挥主要作用；以及（3）由于高 CUE 通常与有利于 SOC 形成的高微生物副产物相关，因此预计 SOC 与 CUE 沿着干旱梯度呈正相关。微生物 CUE 随干旱度增加而显著下降的趋势（在整个干旱梯度上从约 0.07~0.59不等）。水分调控实验进一步验证了干旱对微生物CUE的负面影响，该实验表明，在较低水分水平下，CUE低于较高水分水平。干旱引起的物理化学保护作用的增强或微生物多样性的减少是导致 CUE 随干旱度增加而降低的主要原因。微生物 CUE-SOC 之间存在高度正相关关系，而纳入 CUE 可提高 SOC 沿干旱梯度变化的解释力。该研究结果为在广泛的地理范围内由干旱引起的微生物CUE减少提供了实证证据，并强调了干旱的加剧可能是抑制土壤微生物固碳能力从而导致SOC损失的重要机制。![]()
图1. 微生物碳利用效率（CUE）对湿度变化的响应
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图2.土壤有机碳（SOC）随干旱度和微生物碳利用效率（CUE）变化的变化以及预测因子对 SOC 沿干旱梯度变化的相对重要性
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图3. 干旱指数、土壤条件、物理化学保护、底物可用性、底物质量和微生物特性对微生物碳利用效率（CUE）的直接和间接影响
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图4. 微生物碳利用效率（CUE）对团聚体破坏、葡萄糖添加和外源微生物群落接种的响应比率
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图5. 概念图揭示干旱引起的物理化学保护和微生物群落变化是微生物碳利用效率（CUE）的主要决定因素
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