“编者在24年11月20日文献情报中关注到淮北师范大学刘远团队探究发现长期CO2升高和升温条件下微生物残体和植物木质素对稻田土壤有机碳储量的贡献，特邀该团队为本公众号撰写了该研究的亮点部分，希望该研究成果能给关注者启发，从中获得灵感，促进天然有机质研究工作的开展。”
导读
全球气候变化对植物生产力和土壤微生物群落产生多种根本性影响，改变了土壤有机碳（SOC）的形成和封存。然而，气候变化对不同SOC组分如植物源碳和微生物源碳的影响仍然不甚了解。2018年至2020年进行了为期3年的田间实验，研究大气CO2水平（550 ppm）和升温（+2°C）对中国水稻田土壤中微生物残体、植物木质素和微生物量的影响。结果显示，提高CO2和升温条件分别使SOC储量增加了16.5%和8.6%。提高CO2增加了微生物残体（主要是真菌）C的积累24.6%，总木质素酚类化合物增加了15.8%，同时增加了真菌PLFA生物量33.4%。相比之下，升温增加了微生物残体碳（主要是细菌残体）的积累11.1%和细菌生物量27.1%，同时降低了总木质素酚类化合物及其对SOC的贡献，分别下降了8.3%和15.7%。在升温条件下，木质素酚类化合物及其对SOC贡献的减少主要归因于植物生产力水平较低以及β-1,4-葡萄糖苷酶、β-葡糖苷酶和木聚糖酶等酶活性增加。这导致在升温土壤中植物残体更多地转化为微生物残体。随机森林和相关性分析表明，土壤pH值、真菌生物量、根系生物量和C获取酶活性是影响微生物残体的主要因素，而木质素酚类化合物主要受真菌/细菌残体比例和真菌生物量的调节。总体而言，CO2富集和升温条件的联合效应通过增强微生物残体的积累，增加了SOC的储存和固存，这受到土壤性质、植物根系C输入和土壤内微生物群落的影响。
大气CO2浓度升高和增温条件分别使SOC储量增加16.5%和8.6%。CO2浓度升高使微生物残体（主要是真菌）碳增加24.6%，总木质素酚增加15.8%，同时真菌PLFA生物量增加33.4%。相比之下，增温使微生物残体碳（主要是细菌残体）增加11.1%，细菌生物量增加27.1%，而总木质素酚及其对SOC的贡献分别减少8.3%和15.7%。增温条件下木质素酚及其对SOC贡献的减少主要归因于植物生产力水平降低以及β-1,4-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖水解酶和木聚糖酶活性增加。这导致增温土壤中植物残体向微生物残体的转化增加。随机森林和相关性分析表明，土壤pH、真菌生物量、根系生物量和C-获取酶活性是影响微生物死生物物质的主要因素，而木质素酚主要受真菌/细菌死生物物质比值和真菌生物量的调控。总体而言，CO2升高和增温条件的共同作用通过增强微生物死生物物质的积累来增加土壤有机碳的储存和封存，而这一过程受到土壤性质、植物根系C输入和土壤中微生物群落的影响。
▲图1 长期高CO2和升温对土壤酶活性的影响：BG，β-葡萄糖苷酶（a）；CB，纤维素酶（b）；XYL，β-木糖苷酶（c）
▲图2 长期升高CO2和增温对土壤微生物残体碳和真菌/细菌残体碳比率（a）以及微生物残体碳在土壤有机碳中的贡献（b）的影响
▲图3 长期升高的CO2和变暖对土壤中总木质素酚含量和单个木质素酚含量的影响 （a），木质素酚在 SOC 中的贡献 （b）
▲图4 微生物残体和木质素酚与长期升高CO2和增温条件下土壤有机碳和土壤pH值的斯皮尔曼相关性
联系作者:
刘远，教授，淮北师范大学，liuyuan0813@aliyun.com
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本文编辑：谷婷婷
本文审订：何伟
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