在高強(qiáng)度耕作擾動(dòng)向大規(guī)模植被恢復(fù)轉(zhuǎn)變背景下，我國(guó)西南喀斯特地區(qū)成為全球變綠的“熱點(diǎn)區(qū)”，植被碳匯能力顯著提升。但土壤碳固定效應(yīng)及驅(qū)動(dòng)機(jī)制還缺乏充分認(rèn)識(shí)，制約后期重大生態(tài)工程深入實(shí)施及土壤固碳增匯目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
喀斯特植被恢復(fù)驅(qū)動(dòng)的土壤碳匯效應(yīng)及微生物調(diào)控機(jī)制與非喀斯特區(qū)域是否存在區(qū)別，尚缺乏深入研究。中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王克林研究員團(tuán)隊(duì)的系列研究，揭示了喀斯特土壤碳固定的微生物調(diào)控機(jī)制，證實(shí)氣候變化背景下植被恢復(fù)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)。1月21日，系列研究的最新一篇論文以“Lithologic control of microbial-derived carbon in forest soils”為題，發(fā)表于土壤學(xué)領(lǐng)域期刊《土壤生物學(xué)與生物化學(xué)》（Soil Biology and Biochemistry）上，亞熱帶生態(tài)所胡培雷博士為論文第一作者，王克林研究員和張偉研究員為通訊作者。
微生物在土壤固碳過(guò)程中起關(guān)鍵樞紐作用，它既能通過(guò)分解代謝向大氣中釋放碳，又能通過(guò)合成代謝將外源碳以微生物殘?bào)w形式儲(chǔ)存于土壤中?？λ固靥妓猁}巖快速風(fēng)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?zhàn)饔蔑@著，土壤礦物組成及微生物區(qū)別于非喀斯特區(qū)，進(jìn)而可能影響土壤有機(jī)碳穩(wěn)定和固持。
以往研究認(rèn)為，微生物殘?bào)w碳易與土壤礦物結(jié)合，是土壤有機(jī)碳的重要穩(wěn)定機(jī)制。王克林研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析礦質(zhì)結(jié)合態(tài)和顆粒態(tài)有機(jī)質(zhì)中的微生物殘?bào)w碳含量，以此表征受保護(hù)的和未受保護(hù)的微生物源碳。研究發(fā)現(xiàn)，微生物源碳并不都是穩(wěn)定存在的，未受保護(hù)的組分更容易被分解利用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，植被恢復(fù)背景下，石灰?guī)r比碎屑巖更有利于微生物源碳累積（高52%至56%），并且受保護(hù)的微生物源碳（即礦質(zhì)結(jié)合態(tài)微生物殘?bào)w碳）對(duì)溫度變化的抵抗力更高。石灰?guī)r通過(guò)調(diào)控鈣、鐵和微生物，促進(jìn)微生物源碳累積和穩(wěn)定。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)比耕地發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期耕作擾動(dòng)顯著損耗喀斯特土壤有機(jī)碳和微生物源碳庫(kù)，且降低了微生物源碳對(duì)溫度變化的抵抗力。這凸顯了喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)對(duì)于提升土壤碳固定和穩(wěn)定的重要性。研究人員將研究結(jié)果進(jìn)一步拓展到西南三省，發(fā)現(xiàn)在植被恢復(fù)大背景下，即使喀斯特區(qū)域土壤體積遠(yuǎn)小于非喀斯特區(qū)域，其表層土壤（0厘米至15厘米）固定的微生物源碳仍顯著高于碎屑巖，且碳庫(kù)質(zhì)量更高；進(jìn)一步深入分析兩種巖性背景下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、連接性和穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)喀斯特森林細(xì)菌和真菌多樣性高于非喀斯特森林，且細(xì)菌和真菌群落之間的連接性和穩(wěn)定性?xún)?yōu)于非喀斯特森林；進(jìn)一步分析參與氮磷循環(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(fù)背景下固氮菌和叢枝菌根真菌相互作用增強(qiáng)，群落結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，有利于提高植物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用效率。
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，喀斯特植被恢復(fù)驅(qū)動(dòng)下，固氮菌和叢枝菌根真菌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)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(kù)分解的負(fù)面效應(yīng)，并進(jìn)一步驗(yàn)證了喀斯特高pH和高鈣環(huán)境是植被恢復(fù)背景下微生物多樣性和穩(wěn)定性增加的主導(dǎo)因素，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《整體環(huán)境科學(xué)》（Science of The Total Environment）、《森林生態(tài)與管理》（Forest Ecology and Management）、《應(yīng)用土壤生態(tài)學(xué)》（Applied Soil Ecology）等期刊上。
“微生物來(lái)源碳是當(dāng)下土壤碳固定的熱點(diǎn)問(wèn)題。文章選擇中國(guó)西南地區(qū)典型的石灰?guī)r和碎屑巖為研究區(qū)，并探討了一個(gè)很重要但極少被關(guān)注的問(wèn)題，即巖性-母質(zhì)對(duì)微生物來(lái)源碳的調(diào)控?！弊钚乱黄撐牡膶徃迦苏J(rèn)為，文章闡述了巖性對(duì)不同氣候區(qū)微生物來(lái)源碳的調(diào)控機(jī)制，不僅增加了業(yè)界對(duì)土壤微生物來(lái)源碳的認(rèn)識(shí)，還提出可以通過(guò)考慮基于巖性的調(diào)控管理措施來(lái)減少碳排放。該研究及時(shí)填補(bǔ)了不同植被類(lèi)型（耕地和森林）和不同基巖（石灰?guī)r和碎屑巖）下土壤微生物來(lái)源碳的研究不足。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金、區(qū)域聯(lián)合重點(diǎn)基金以及廣西自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108600
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153179
https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119464
https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2021.104227