沈阳生态所在土壤有机质积累过程中微生物作用研究方面取得进展

撰稿: 沈阳应用生态研究所 发布时间:2017-11-08

  土壤微生物驱动亚热带森林演替过程中土壤有机碳的形成和周转,且土壤微生物残留物是土壤有机碳库的重要来源,在长期土壤碳固持方面起到重要作用。氨基糖是微生物残留物的生物标识物,其积累和转化特性可以指示微生物对土壤有机质积累的贡献。在亚热带森林演替过程中,地上植被从针叶林转变为阔叶林,不同凋落物质量影响微生物底物利用效率及微生物群落组成,但是土壤有机碳积累与微生物碳固持功能之间的长期关联作用目前尚不清楚。 

  因此,中国科学院沈阳应用生态研究所物质循环过程研究组选择亚热带森林演替序列下三种林型(早期为马尾松林,中期为针阔混交林和顶级演替为常绿阔叶林),通过测定演替过程中不同深度土壤氨基糖含量及其占土壤有机碳比例变化来评估亚热带森林演替下土壤有机质积累过程中微生物作用。结果发现,在0-40cm土层中土壤有机碳和氨基糖含量及储量均随着森林演替进行逐渐增加,说明微生物增殖-死亡过程与土壤有机碳固持密切相关。针叶林凋落物相对难分解,使微生物残留物对土壤有机碳的贡献较低。阔叶林树种的引入增加了微生物残留物积累以及土壤有机碳的固持,但是从演替早期到中期的过程中氨基糖的积累比有机碳更迅速,这可能意味着微生物残留物形成和积累是有机碳固持的先决条件。由于在结构上真菌残留物较细菌残留物相对更难分解,在演替中期真菌残留物碳占有机碳的比例最高而在顶级演替阶段细菌残留物碳更易于积累。因此,亚热带森林演替过程中,土壤有机碳的积累过程可能先经过真菌残留物稳定化阶段,而后逐渐转变为细菌残留物积累阶段。因为鼎湖山森林生态系统以针阔混交林为主,因此本研究推断该地区森林土壤依然具有较大的固碳潜力。而且本研究首次发现微生物影响有机质的化学组分变化,这对于了解亚热带森林演替过程中长期土壤有机碳动力学过程有重要意义。 

  以上研究成果以Linkage of microbial residue dynamics with soil organic carbonaccumulation during subtropical forest succession为题发表在土壤学顶级刊物Soil Biology and Biochemistry上。物质循环过程课题组的博士生邵帅为文章的第一作者,何红波研究员和张旭东研究员为共同通讯作者。研究得到了中国科学院战略先导微生物专项(No. XDB15040200)、国家自然科学基金面上(No. 41571237, 41630862)项目、国家重点基础研发计划(No. 2014CB954400)以及中科院学术创新团队项目资助。 

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 图. 1不同演替阶段不同层次土壤氨基糖态碳占有机碳比值变化 

 图. 2 不同演替阶段不同层次土壤真菌来源氨基葡萄糖态碳和胞壁酸态碳分别占有机碳比值变化