同位素技術在土壤微生物對易分解有機碳添加與溫度調控研究的應用
2018年，由普瑞億科聯合中科院地理所共同設計研發的PRI-8800全自動變溫培養土壤溫室氣體在線測量系統得到了廣泛關注。該設備旨在為科研人員提供室內變溫培養模擬野外環境的條件，讓科研可以更廣、更深層次地開展。
本期，我們將與大家分享的是一篇利用PRI-8800和同位素示蹤技術發表的新文章，主要闡述了不同溫度下微生物對易分解有機碳和土壤有機質的利用情況。
溫度如何影響土壤微生物對易分解有機碳輸入的快速響應？土壤有機質（SOM）分解的溫度敏感性（Q10）在短期內如何受到易分解有機碳輸入的影響？我們一起學習一下吧！
土壤作為陸地生態系統最大的碳庫，是陸地生態系統碳分配與轉化的核心部位。土壤有機碳主要來源于凋落物、根系周轉和根系分泌物的輸入，而土壤有機碳的輸出主要是土壤有機質分解將碳排放到大氣中的過程。土壤微生物是生物地球化學循環的重要驅動者, 對陸地生態系統的物質循環和能量流動具有重要作用。如圖1，在自然生態系統中，易分解有機碳（LOC）向土壤中的輸入是常見的自然現象，如，植物根系分泌物的連續輸入，降雨時雨水攜帶有機物質向土壤深層的滲入等，這種有機碳以連續或者脈沖的形式向土壤的輸入對土壤碳庫的形成和穩定具有重要影響。
另外，全球氣候變暖加之大氣CO2濃度升高，預計植被生產力的提高將導致植被向土壤輸入更多的碳，也可能由于“激發效應”而對土壤碳庫造成更大的不確定性。然而，長期以來，由于受到測量技術的限制，目前仍不清楚溫度如何影響土壤微生物對易分解有機碳輸入的快速響應，以及土壤有機質（SOM）分解的溫度敏感性（Q10）在短期內如何受到易分解有機碳輸入的影響。
圖1 自然生態系統中易分解有機碳向土壤輸入的概念圖
針對以上問題，研究人員利用團隊自主開發的PRI-8800和同位素示蹤技術，將δ13C標記的葡萄糖添加到采集自內蒙古草原的土壤中，在53小時的培養期內，在分鐘尺度上測定了不同溫度下（10, 15, 20, 25 ℃）微生物對易分解有機碳和土壤有機質的利用情況。研究結果表明，微生物對易分解有機碳輸入的反應是迅速的，易分解有機碳的添加促進了土壤有機質的分解（圖2）；隨著溫度的升高，微生物利用易分解有機碳和土壤有機質的呼吸比例增加，更多的易分解有機碳被用于呼吸作用（圖3）。此外，易分解有機碳輸入在短期內顯著增大了土壤有機質分解的溫度敏感性，但這種影響隨著易分解有機碳的消耗而逐漸減小（圖4）。
圖2 不同的溫度處理下微生物呼吸速率和CO2累積排放
圖3 微生物利用不同碳源（易分解有機碳vs土壤有機質）呼吸作用的比例
圖4 易分解有機碳和土壤有機質分解的溫度敏感性變化
近期，相關研究成果以“Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe”為題在線發表于國際土壤學領域主流期刊《Soil Biology and Biochemistry》（IF5 = 8.312）。中央民族大學生命與環境科學學院2019級博士研究生李超為本論文第一作者，中央民族大學生命與環境科學學院肖春旺教授和中國科學院地理科學與資源研究所何念鵬研究員為本論文的共同通訊作者；其他貢獻作者還包括法國巴黎文理研究大學的Bertrand Guenet教授、李明旭博士和徐麗博士。本研究得到了國家自然科學基金（No. 42141004, 31988102, 32171544）和中央民族大學研究生科研實踐項目（NO. BZKY2021075）的資助。
近幾年，何念鵬團隊利用其原創的“連續變溫培養+連續自動測定模式”（簡稱VCM模式）和與北京普瑞億科聯合研究的PRI-8800，在土壤有機質分解速率、Q10及其調控機制方面取得了系列進展，在《Global Change Biology》和《Soil Biology and Biochemistry》等著名期刊發表了15篇科研論文。
2022年，PRI-8800全自動變溫培養土壤溫室氣體在線測量系統全新升級，將在5月重磅推出，敬請期待！
相關論文信息
1.Li, C., Xiao, C.W., Guenet, B., Li, M.X., Xu, L., He, N.P. 2022. Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe. Soil Biology and Biochemistry 167, 108589. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108589.
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