外源碳和養(yǎng)分輸入會影響微生物生長并引起土壤碳礦化激發(fā)效應，進而刺激土壤有機碳的形成和礦化。為了解釋微生物生長、碳循環(huán)和養(yǎng)分可利用性之間的聯(lián)系，之前有研究通過區(qū)分富營養(yǎng)微生物（r-strategists）和寡營養(yǎng)微生物（k-strategists）的有機碳利用策略，并研究這兩類微生物的演替規(guī)律來探究其機制。但是也有研究表明，富營養(yǎng)微生物既能適應養(yǎng)分充足的環(huán)境，也能適應養(yǎng)分貧乏的環(huán)境，使微生物活動和碳循環(huán)之間的關系復雜化。有研究提出的微生物生活史策略假設可以進一步用來預測微生物活動及其與環(huán)境的相互作用，并且激發(fā)效應被認為會影響微生物的生活策略，然而，養(yǎng)分和化學計量比如何影響土壤有機碳（SOC）礦化的激發(fā)效應、SOC平衡以及碳循環(huán)與微生物生活策略的關系如何并不明確。
為此，中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究團隊向淹水水稻土壤中添加低量（50%的土壤微生物生物量碳（MBC））和高量（500%的土壤MBC）的13C標記的葡萄糖，并分別設置了5個N、P和S肥添加梯度（NPS養(yǎng)分梯度），構建了不同的C、N、P和S的計量比梯度，在60天的培養(yǎng)期內觀測了SOC的累積激發(fā)效應動態(tài)變化、土壤凈碳平衡指標，土壤酶活性，并結合13C-PLFA技術，探究了微生物調節(jié)淹水稻田土壤有機碳礦化的激發(fā)效應和有機碳積累的潛在策略和響應機制。結果表明：在低量和高量葡萄糖輸入下，葡萄糖礦化度均隨NPS肥濃度的增加線性增加。然而，無養(yǎng)分添加處理的葡萄糖會導致微生物優(yōu)先利用現(xiàn)成的可利用碳，導致了負的激發(fā)效應。在高量葡萄糖輸入背景下，隨著NPS養(yǎng)分輸入的增加，負激發(fā)效應的強度增加（PE：-460~710mgCkg-1 soil）。相比之下，在低量葡萄糖輸入背景下，正激發(fā)效應的強度隨著NPS養(yǎng)分輸入的增加而增加（PE：60~100mgCkg-1 soil）。高量葡萄糖添加伴隨著NPS養(yǎng)分輸入有利于高產策略微生物（Y-strategists）生長，增加了葡萄糖衍生的SOC積累。微生物生物量和磷脂脂肪酸（PLFA）中檢測到較高豐度的13C，且土壤凈碳平衡增加（從0.76提高至1.20g C kg-1 soil）；而低量葡萄糖添加伴隨著NPS養(yǎng)分輸入使資源獲取策略微生物（A-strategists）占據(jù)主導地位，革蘭氏陽性菌的PLFA中含有13C，N-和P-水解酶的活性增加，增加了SOC的礦化，因此，土壤凈碳平衡降低（從0.31降至0.01 g C kg-1 soil）?？傊咛驾斎耄?00%的土壤MBC），尤其在低N:P:S計量比之下，通過負激發(fā)效應和微生物衍生的碳積累，增加了土壤有機碳積累，這是由于微生物向Y-策略群落的轉變可以有效的利用資源（圖1）。本研究強調了在水稻土施用有機肥時，也應考慮礦質施肥管理對促進微生物周轉和固碳的重要性。
該項研究近期以題為Stoichiometric regulation of priming effects and soil carbon balance by microbial life strategies發(fā)表在土壤學期刊Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國家自然科學基金和中科院亞熱帶農業(yè)研究所青年創(chuàng)新團隊項目等項目資助。
圖1 微生物生活策略對激發(fā)效應和土壤碳平衡的化學計量調節(jié)機制的概念圖