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文獻(xiàn)解讀|微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)的定量評(píng)價(jià)

日期： 2023-05-09

標(biāo)簽:

原名:Quantitative assessment of microbial necromass contribution to soil organic matter

譯名:微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)的定量評(píng)價(jià)

期刊:GLOBAL CHANGE BIOLOGY

IF:13.212

發(fā)表時(shí)間:2019.9

第一作者:梁超

摘要

近年來(lái)，由于土壤碳轉(zhuǎn)化和固存在緩解氣候變化中的作用越來(lái)越需要被量化，而受到了極大的關(guān)注。盡管對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)最近有了很大的改進(jìn)，但微生物殘?bào)w作為持久性有機(jī)質(zhì)的一部分的定量重要性仍然存在根本的不確定性。由于缺乏微生物物質(zhì)是否構(gòu)成土壤中大部分持久性碳的定量評(píng)估，解決這一不確定性受到了阻礙。由于與非微生物有機(jī)碳的分子特征重疊，土壤中微生物殘?bào)w的直接測(cè)量非常具有挑戰(zhàn)性。

此研究對(duì)1996年至2018年間發(fā)表的現(xiàn)有生物標(biāo)記氨基糖數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面分析，并結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)方法、元素碳氮化學(xué)計(jì)量學(xué)和生物標(biāo)記標(biāo)度的新占用，展示了一套量化全球溫帶農(nóng)業(yè)、草原和森林生態(tài)系統(tǒng)中微生物衍生碳對(duì)表層土壤有機(jī)碳庫(kù)貢獻(xiàn)的策略。研究發(fā)現(xiàn)微生物殘?bào)w碳可以占到土壤有機(jī)碳的一半以上。

因此，建議下一代野外管理需要促進(jìn)微生物生物量的形成和殘?bào)w的保存，以維持健康的土壤、生態(tài)系統(tǒng)和氣候。研究分析對(duì)改善當(dāng)前的氣候和碳模型以及幫助制定管理實(shí)踐和政策具有重要意義。

研究背景

近年來(lái)，由于越來(lái)越需要了解和預(yù)測(cè)全球碳循環(huán)及其在氣候變化中的作用，陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳轉(zhuǎn)化和固存的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。在全球范圍內(nèi)，土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)所含的碳比植被和大氣中儲(chǔ)存的碳加起來(lái)還要多。因此，土壤有機(jī)碳(SOC)作為植物光合作用產(chǎn)生的碳通量通過(guò)異養(yǎng)礦化返回大氣的主要通道，在地球系統(tǒng)的全球碳循環(huán)中起著重要作用。因此，全球土壤碳儲(chǔ)量相對(duì)較小的變化將對(duì)大氣CO₂濃度產(chǎn)生重大影響。

土壤碳儲(chǔ)量是由微生物代謝活動(dòng)和植物碳輸入之間的平衡決定的，理解土壤碳動(dòng)態(tài)的機(jī)制基礎(chǔ)依賴于對(duì)微生物介導(dǎo)過(guò)程的理解。微生物是兩個(gè)關(guān)鍵的，對(duì)比機(jī)制的核心:不僅通過(guò)礦化二氧化碳減少有機(jī)碳儲(chǔ)量，而且通過(guò)微生物生物量的形成和與礦物質(zhì)相關(guān)的殘?bào)w的穩(wěn)定，在土壤結(jié)構(gòu)中，或通過(guò)結(jié)殼，例如，鐵或硅沉淀，增加有機(jī)碳儲(chǔ)量。

到目前為止，人們已經(jīng)接受有機(jī)碳儲(chǔ)量在很大程度上受到微生物合成代謝活動(dòng)的影響，并強(qiáng)調(diào)土壤中最持久的有機(jī)碳可能不是由植物凋落物或其殘留物組成的，而是首先受到微生物生物量的碳的影響。這一考慮是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即SOM中易于降解和可接近的分子將被微生物消耗，甚至被吸收的分子也可以被降解。然后，這些分子將部分礦化以獲得能量(分解代謝)，部分用于構(gòu)建微生物生物量。在細(xì)胞死亡和隨后的裂解和碎裂之后，一些有機(jī)細(xì)胞化合物仍然存在，從而形成微生物殘?bào)w碳。

微生物殘?bào)w碳主要包括來(lái)自細(xì)胞包膜碎片的顆粒有機(jī)物質(zhì)，以及一些膠體狀的前細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)，如酶、核糖體和小生物聚合物，這些物質(zhì)在下一代微生物的再利用中累積下來(lái)。然而，與植物殘?bào)w相比，微生物殘?bào)w在何種程度上以及以何種方式被保留，目前尚不清楚。這個(gè)明顯的難題導(dǎo)致了大量的相關(guān)研究，這些研究提供了一些新興的理解，這些理解集中在微生物作為SOC穩(wěn)定的參與者，而不僅僅是作為其礦化到CO₂的參與者。例如，已經(jīng)有研究呼吁明確考慮將微生物殘?bào)w直接納入緩慢循環(huán)的土壤碳庫(kù)，已經(jīng)為土壤中的有機(jī)碳循環(huán)開發(fā)了有趣的概念框架，并且正在出現(xiàn)必要的支持微生物死亡質(zhì)量動(dòng)力學(xué)的研究和數(shù)據(jù)庫(kù)。

盡管人們認(rèn)識(shí)到微生物殘?bào)w對(duì)長(zhǎng)期SOM的貢獻(xiàn)可能與生物量不成比例，但研究缺乏計(jì)算SOM中殘?bào)w碳數(shù)量的框架。量化微生物衍生的總有機(jī)碳的比例具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，例如，它是在全球背景下理解和參數(shù)化土壤過(guò)程的先決條件，特別是對(duì)于全球碳模型參數(shù)的大尺度計(jì)算，以及管理穩(wěn)定過(guò)程。在此，研究基于現(xiàn)有證據(jù)和迄今尚未探索的基本質(zhì)量關(guān)系，專注于SOM中微生物來(lái)源的殘?bào)w的定量，并計(jì)算全球溫帶農(nóng)業(yè)、草地和森林生態(tài)系統(tǒng)中微生物殘?bào)w碳評(píng)估的貢獻(xiàn)。研究還開發(fā)了土壤微生物殘?bào)w定量的戰(zhàn)略框架，這可能會(huì)提高對(duì)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)知識(shí)，以提高氣候模型的預(yù)測(cè)能力和土地利用政策的制定。

主要結(jié)果

1.土壤有機(jī)質(zhì)理論的范式轉(zhuǎn)變

在過(guò)去的十年中，對(duì)SOM的理解取得了巨大的進(jìn)步。傳統(tǒng)上，觀察到的植物凋落物的逐漸分解引發(fā)了將SOC儲(chǔ)存解釋為植物碳在腐殖化過(guò)程中變?yōu)镃O₂后的殘?bào)w的觀點(diǎn)。這一觀點(diǎn)與新出現(xiàn)的證據(jù)相沖突，即碳儲(chǔ)存是通過(guò)微生物難以訪問(wèn)的碳與容易代謝的碳之間的微妙平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在認(rèn)識(shí)到，在土壤中為碳封存和土壤肥力提供基礎(chǔ)的有機(jī)物形式，并不是傳統(tǒng)上定義的具有未確定結(jié)構(gòu)組成的“腐殖質(zhì)物質(zhì)”，而是由各種可分析定義的結(jié)構(gòu)組成，這些結(jié)構(gòu)主要因其所處的局部環(huán)境和系統(tǒng)特性而在土壤中持久存在。與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反，這些物質(zhì)中很大一部分可能并非部分分解的植物化合物，而是微生物代謝產(chǎn)物，在微生物食物鏈中儲(chǔ)存和重新加工，并以殘?bào)w的形式存在于土壤中。

因此，這些有機(jī)化合物中的大部分可能由微生物殘留物和已經(jīng)死亡的真菌和細(xì)菌的細(xì)胞包膜為主導(dǎo)的生物分子結(jié)構(gòu)組成。不幸的是，很少有科學(xué)家試圖以有意義的方式對(duì)大量的死亡微生物進(jìn)行量化。2007年，Simpson等人首次提出了是否低估了土壤中的微生物生物量的問(wèn)題，并報(bào)道了從土壤中提取的堿性組分中有50%可能是由微生物細(xì)胞中可識(shí)別的內(nèi)容物組成的;然而，目前在土壤微生物殘?bào)w定量方面取得的進(jìn)展有限。

2.建模和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的定量

理論和實(shí)驗(yàn)研究都表明，微生物通過(guò)細(xì)胞生成、種群生長(zhǎng)、死亡、腐爛和殘?bào)w碳形成的迭代過(guò)程，對(duì)持久的有機(jī)碳池做出了重大貢獻(xiàn)。碳在土壤中通過(guò)微生物途徑的流動(dòng)已被概念化建模，以追蹤活微生物生物量、微生物殘?bào)w和大氣之間的碳轉(zhuǎn)換過(guò)程，或探索微生物群落生物量周轉(zhuǎn)如何改變微生物衍生的有機(jī)碳分配的程度。因此，模型模擬表明，在假設(shè)恒定凋落物輸入和模型參數(shù)選取的有限文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，平衡穩(wěn)定狀態(tài)下微生物衍生碳對(duì)SOC的貢獻(xiàn)可能高達(dá)82%。根據(jù)真菌和細(xì)菌的豐度、微生物生物量和殘?bào)w的周轉(zhuǎn)以及微生物對(duì)凋落物的代謝反應(yīng)等參數(shù)，它的范圍可以在47%到80%之間。因此，模擬研究表明，微生物衍生的碳驅(qū)動(dòng)有機(jī)碳的固存，其程度可能是生態(tài)系統(tǒng)特有的，并反映了環(huán)境變化;因此，我們迫切主張?jiān)谖磥?lái)的研究中考慮定量生態(tài)系統(tǒng)方法。

氨基糖生物標(biāo)志物已廣泛應(yīng)用于有機(jī)碳微生物來(lái)源的追蹤。在微生物死亡后，它們的細(xì)胞成分會(huì)存活下來(lái)，留存并積累。不同的微生物群體產(chǎn)生不同的氨基糖。例如，真菌在土壤中產(chǎn)生大部分葡萄胺，而細(xì)菌產(chǎn)生麥拉酸，其平均轉(zhuǎn)化因子分別為9和45，建議將葡萄胺轉(zhuǎn)化為真菌源碳和將麥拉酸轉(zhuǎn)化為細(xì)菌源碳。在最近的一項(xiàng)研究中，使用氨基糖評(píng)估微生物源碳在持續(xù)添加農(nóng)場(chǎng)肥和礦質(zhì)肥的沙質(zhì)農(nóng)業(yè)土壤中的積累，發(fā)現(xiàn)使用將氨基糖轉(zhuǎn)化為微生物源碳的平均轉(zhuǎn)化因子，微生物源碳對(duì)總SOC的相對(duì)貢獻(xiàn)從0-0.25m處的68％下降到0.5-1.0m處的24％。然而，至今還沒(méi)有進(jìn)行基于轉(zhuǎn)化因子的策略來(lái)重新處理現(xiàn)有土壤數(shù)據(jù)并評(píng)估微生物死物質(zhì)對(duì)SOC貢獻(xiàn)的定量潛力。

3.微生物和土壤中的基本質(zhì)量關(guān)系

微生物殘?bào)w對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)也可以從微生物和土壤中有機(jī)氮分布模式的元素碳氮化學(xué)計(jì)量學(xué)中得到。這種方法可能是合理的，因?yàn)閾?jù)報(bào)道，微生物將它們的平均碳氮比(C/N)限制在一個(gè)相對(duì)狹窄的范圍內(nèi)，盡管它在不同的生態(tài)系統(tǒng)中可能存在顯著差異。因此，研究使用基于N相關(guān)度量的質(zhì)量關(guān)系來(lái)計(jì)算微生物殘?bào)w與土壤有機(jī)氮的比例關(guān)系，從而提供了對(duì)殘?bào)w碳的獨(dú)立評(píng)估。以往的研究表明，在大多數(shù)情況下，土壤氨基糖- N的總含量顯著超過(guò)土壤微生物生物量- N的總量。在長(zhǎng)期稻田管理的時(shí)間序列中，連續(xù)栽培超過(guò)190-2000年的地塊，土壤氨基糖中氮的濃度超過(guò)了生物質(zhì)的氮含量的2倍。

這一因素在如此長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定性表明，氨基糖水平大致反映了微生物來(lái)源的生產(chǎn)和降解之間明顯的生物穩(wěn)定狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，活微生物的微生物生物量對(duì)總氮庫(kù)的貢獻(xiàn)平均約為3%。然而，微生物細(xì)胞氨基糖- N僅占活微生物生物量N的一小部分，據(jù)報(bào)道，真菌物種干物質(zhì)中葡萄糖胺含量為49 mg/g，革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌為13.9 mg/g，革蘭氏陰性細(xì)菌為3.7 mg/g。細(xì)胞肽聚糖是一種由糖和氨基酸組成的聚合物，在大多數(shù)細(xì)菌的質(zhì)膜外形成網(wǎng)狀層:在活的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞中，它可以含有6倍于細(xì)胞氨基糖- N的N，肽聚糖由2個(gè)氨基糖- N單位和9個(gè)氨基酸單位組成，其中一個(gè)通常是賴氨酸，含有兩個(gè)N原子;相比之下，活的革蘭氏陰性菌的細(xì)胞肽-狗聚糖含有的氮是細(xì)胞氨基糖- N的三倍，其中兩個(gè)單位的氨基糖- N補(bǔ)充了四個(gè)單位的氨基酸- N。此外，額外的微生物氮可能附著在肽聚糖上，如磷壁酸，并嵌入蛋白質(zhì)中。因此，微生物細(xì)胞中一小部分氨基糖與很大一部分非氨基糖N(主要是蛋白質(zhì)，因此是氨基酸和核酸)相關(guān)。

生物標(biāo)志物氨基糖與實(shí)際細(xì)菌或真菌質(zhì)量的關(guān)系是可變的，因?yàn)椴煌⑸锏霓D(zhuǎn)化因子存在顯著差異，但為了探索一系列微生物衍生的碳到SOM，這構(gòu)成了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。在土壤中，以65%的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和35%的革蘭氏陰性細(xì)菌的平均份額來(lái)計(jì)算，保存在肽聚糖中的土壤氮量約為桿菌酸-N的11.2倍。由于土壤樣品中的微生物酸氮通常占總氮的0.2%-0.5%，因此土壤氮庫(kù)的2.2% - 5.6%包含在細(xì)菌肽聚糖中。由于土壤中總細(xì)菌殘留物的存儲(chǔ)量遠(yuǎn)高于細(xì)菌生物量，在氮的轉(zhuǎn)換系數(shù)為6.67之后，其系數(shù)為4.85，因此大約11%-27%的土壤氮是細(xì)菌殘?bào)w氮。就微生物細(xì)胞而言，真菌氮的一部分仍然是未知的。

土壤中葡萄糖胺的含氮量是菌酸的5-90倍，而在活細(xì)菌中，這一比例從2到8不等。以細(xì)菌中氨基葡萄糖-N與乳酸菌酸-N的最大比值為8倍，土壤中氨基葡萄糖-N與乳酸菌酸-N的最大比值為90倍計(jì)算，額外的氨基葡萄糖一定來(lái)自真菌，真菌的幾丁質(zhì)細(xì)胞壁內(nèi)含有葡萄糖-氨基葡萄糖作為單體。由于土壤中常見的真菌與細(xì)菌的比例在0.5-5之間，細(xì)菌殘?bào)w中氮的最大含量為27%，因此真菌和細(xì)菌殘?bào)w的氮含量可能達(dá)到土壤有機(jī)氮池的40.5%至100%。如果通過(guò)推測(cè)在土壤殘?bào)w碳形成過(guò)程中微生物細(xì)胞維持的平均C/N比率為6.7，并基于土壤的平均C/N比率為11.5，這意味著微生物殘?bào)w對(duì)總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)可能在23.6%至58.3%之間?；蛘呖梢酝ㄟ^(guò)考慮細(xì)菌和真菌生物量之間的C/N比率變化來(lái)指定此計(jì)算。根據(jù)Paul和Clark，細(xì)菌的平均C/N為4(范圍在3到5之間)，真菌的平均C/N為10(范圍在4.5到15之間)。在類似于上文所述的計(jì)算中，這將導(dǎo)致微生物殘?bào)w氮對(duì)土壤有機(jī)氮的貢獻(xiàn)為27%-100%。

因此，根據(jù)土壤平均C/N比值(11.5)以及真菌和細(xì)菌的平均C/N比值(10)，估計(jì)總有機(jī)碳的23% - 87%可能來(lái)自真菌殘?bào)w，9%-35%可能來(lái)自細(xì)菌殘?bào)w。

4.在溫帶土壤中，微生物死亡物質(zhì)對(duì)碳儲(chǔ)存的貢獻(xiàn)

研究通過(guò)1996年至2018年間發(fā)表的現(xiàn)有氨基糖數(shù)據(jù)，對(duì)全球溫帶農(nóng)業(yè)、草原和森林生態(tài)系統(tǒng)的文獻(xiàn)進(jìn)行了整理，并使用生物標(biāo)志物氨基糖向殘?bào)w碳的轉(zhuǎn)化因子對(duì)其進(jìn)行了再處理。

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? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1?土壤生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)示意圖

假設(shè)細(xì)菌生物量含有46%的有機(jī)碳，并且基于65%的革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和35%的革蘭氏陰性細(xì)菌的比例，細(xì)菌組織中的革蘭氏酸為10.3 mg/g-dw，通過(guò)將細(xì)菌殘?bào)w的碳濃度直接乘以45來(lái)計(jì)算。

真菌死亡物質(zhì)的碳含量是基于兩個(gè)步驟計(jì)算的：

（a）通過(guò)從總的葡萄糖胺中減去細(xì)菌葡萄糖胺來(lái)估計(jì)真菌葡萄糖胺，假設(shè)在細(xì)菌細(xì)胞中，桿菌酸和葡萄糖胺平均以1:2的摩爾比出現(xiàn)；

（b）將真菌葡萄糖胺的濃度乘以9。微生物死亡物質(zhì)的碳含量近似為真菌死亡物質(zhì)碳和細(xì)菌死亡物質(zhì)碳的總和。

研究證明微生物殘?bào)w對(duì)表層土壤有機(jī)碳(<0.25 m)的貢獻(xiàn)因生態(tài)類型與不同植被和土地利用而異(圖2)。溫帶農(nóng)業(yè)土壤(55.6%)和草地土壤(61.8%)中微生物殘?bào)w碳的貢獻(xiàn)占總有機(jī)碳的50%以上，溫帶森林土壤中微生物殘?bào)w碳的貢獻(xiàn)約占30%。在溫帶森林土壤中，微生物殘?bào)w碳對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)較低，這可以解釋為耕作缺乏混合和地表凋落物摻入的稀釋效應(yīng)，森林土壤的有機(jī)碳含量(86.7 g/kg)明顯高于草地(35.3 g/kg)和農(nóng)業(yè)土壤(18.2 g/kg)。

此外，碳氮比較大的森林土壤氮素限制可能會(huì)阻礙植物凋落物的分解、微生物生物量的轉(zhuǎn)化和微生物壞死塊的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致礦物相關(guān)有機(jī)質(zhì)的減少。這表明，植物凋落物對(duì)有機(jī)碳形成的“體外微生物修飾途徑”主要發(fā)生在溫帶森林土壤中，突出了使用綜合框架來(lái)理解SOM循環(huán)的必要性。

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研究發(fā)現(xiàn)，在所有三種研究生態(tài)型中，真菌殘?bào)w碳(約占?xì)報(bào)w總碳的70%)對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)始終高于細(xì)菌殘?bào)w碳(26%-28%)。殘?bào)w中真菌的比例始終大于細(xì)菌的比例，這可能表明真菌殘?bào)w組織的輸入更大，而不僅僅是它的持續(xù)存在。對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)的磷脂脂肪酸(PLFA)分析表明，活生物量中真菌:細(xì)菌的比值經(jīng)常超過(guò)1。這可能是由于真菌菌絲生長(zhǎng)產(chǎn)生的生物量的碳消耗較大。值得注意的是，與其他生態(tài)系統(tǒng)相比，森林土壤中有機(jī)碳(真菌:細(xì)菌殘?bào)w)與細(xì)菌貢獻(xiàn)的平均比例最大，這與Bailey等人(2002)的觀察結(jié)果一致，即有機(jī)碳的固存似乎與真菌的高豐度相關(guān);?然而，與這一結(jié)論相反，定量殘?bào)w碳估計(jì)表明真菌不負(fù)責(zé)，因?yàn)槲⑸餁報(bào)w碳的總體比例在森林生態(tài)系統(tǒng)中最低(圖2b)，這突出表明微生物殘?bào)w碳的貢獻(xiàn)并不總是有機(jī)碳儲(chǔ)存的最主要途徑。

文獻(xiàn)解讀|微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)的定量評(píng)價(jià)

圖2不同生態(tài)型溫帶土壤總有機(jī)碳及微生物壞死體碳的貢獻(xiàn)

此外，研究分析表明，在溫帶土壤中，較低的土壤微生物殘?bào)w數(shù)量與較大的平均C/N比相關(guān)，這表明基質(zhì)質(zhì)量是影響微生物在地下固碳中的合成代謝作用的關(guān)鍵因素。在碳氮比較高的氮限制土壤中，微生物需要額外的氮來(lái)滿足其生長(zhǎng)需求，因此較低的微生物生長(zhǎng)效率和碳利用效率將降低微生物合成代謝產(chǎn)生的碳轉(zhuǎn)移到土壤中的效率，從而使其可以穩(wěn)定。

文獻(xiàn)解讀|微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)的定量評(píng)價(jià)

圖3基于氨基糖數(shù)據(jù)定量土壤微生物殘?bào)w碳的框架

結(jié)論

如今，土壤生態(tài)學(xué)家堅(jiān)持認(rèn)為，即使微生物通常不為人所見，我們也不能忽視它們的存在。正如達(dá)爾文所說(shuō)，對(duì)于一種不斷重復(fù)的原因所產(chǎn)生的影響無(wú)法進(jìn)行綜合評(píng)估，這往往阻礙了科學(xué)的進(jìn)展。因此，我們需要定量數(shù)據(jù)來(lái)描述微生物衍生碳對(duì)自然和人工管理生態(tài)系統(tǒng)中的土壤有機(jī)碳（SOC）儲(chǔ)存的貢獻(xiàn)。我們預(yù)計(jì)，微生物殘?bào)w對(duì)SOC的貢獻(xiàn)可能具有很大的范圍，且在不同緯度的土壤中可能存在顯著差異，但其中的原因尚不明確，也沒(méi)有完全理解。

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對(duì)所有氣候區(qū)域的土壤微生物殘?bào)w進(jìn)行額外研究將對(duì)我們理解微生物對(duì)碳循環(huán)的控制從區(qū)域到國(guó)家、大陸和全球尺度的作用至關(guān)重要。我們推測(cè)，微生物衍生的SOC在苔原多年凍土中可能只占很小的比例。在苔原土壤中，微生物代謝受到惡劣環(huán)境的限制，例如低溫或缺氧，微生物缺乏分解和循環(huán)土壤有機(jī)物的能力。相比之下，在其他氣候位置，我們可能會(huì)遇到經(jīng)過(guò)高度加工處理的有機(jī)物質(zhì)，其中土壤有機(jī)質(zhì)主要由微生物合成的材料組成。未來(lái)的研究還應(yīng)關(guān)注這種微生物死亡物質(zhì)在各種土壤環(huán)境中的持久性。

了解土壤中生活微生物的碳循環(huán)非常動(dòng)態(tài)，為我們理解其死亡物質(zhì)的長(zhǎng)期持久性提供了基礎(chǔ)，對(duì)控制大氣CO₂和管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力具有重要意義。在當(dāng)前情況下，微生物過(guò)程開始納入建模中，因此，這個(gè)領(lǐng)域迫切需要更多的研究來(lái)改進(jìn)相關(guān)模型，并幫助制定管理實(shí)踐和政策。因此，本研究旨在積極呼吁，關(guān)注微生物死亡物質(zhì)在土壤碳穩(wěn)定化中的重要作用。

論文id：10.1111/gcb.14781

文獻(xiàn)解讀|微生物殘?bào)w對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)的定量評(píng)價(jià)

END

?栢暉生物??

?特色檢測(cè)指標(biāo)：

氨基糖、木質(zhì)素、PLFA

磷組分、有機(jī)酸、有機(jī)氮組分

微生物量碳氮磷、同位素、CUE等

其他土壤、植物、水體等常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)均可測(cè)定

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土壤酶活的分類與方法分析

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2024 - 11 - 21

土壤酶活性，是指土壤酶催化物質(zhì)轉(zhuǎn)化的能力。常以單位時(shí)間內(nèi)單位土壤的催化反應(yīng)產(chǎn)物量或底物剩余量表示。土壤酶活性既包括已積累于土壤中的酶活性，也包括正在增殖的微生物向土壤釋放的酶活性，它主要來(lái)源于土壤中的微生物，動(dòng)物和植物。土壤酶活的分類：已知的酶根據(jù)酶促反應(yīng)的類型可分為六大類。即水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、裂合酶、異構(gòu)酶和連接酶。1. 水解酶類：酶促各種化合物中分子鍵的水解和裂解反應(yīng)。主要包括蔗糖酶、淀粉酶、纖維素酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶等。2.氧化還原酶類：指催化兩分子間發(fā)生氧化還原作用的酶的總稱。主要包括脫氫酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶等。3.轉(zhuǎn)移酶類：指能夠催化除氫以外的各種化學(xué)官能團(tuán)從一種底物轉(zhuǎn)移到另一種底物的酶類，包括轉(zhuǎn)氨酶、果聚糖蔗糖酶、轉(zhuǎn)糖苷酶等。4.裂合酶類：指催化由底物除去某個(gè)基團(tuán)而殘留雙鍵的反應(yīng)、或通過(guò)逆反應(yīng)將某個(gè)基團(tuán)加到雙鍵上去的反應(yīng)的酶的總稱，主要包括谷氨酸脫羧酶、天門冬氨酸脫羧酶等。5.異構(gòu)酶類：酶促有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化成它的異構(gòu)體的反應(yīng)。6.連接酶類：是一種催化兩種大型分子以一種新的化學(xué)鍵結(jié)合一起的酶。測(cè)定方法分析：1.生化培養(yǎng)法作為酶活測(cè)定的重要方法之一，其又細(xì)分為分光光度法和滴定法。分光光度法：其基本原理是酶與底物混合經(jīng)培養(yǎng)后產(chǎn)生某種帶顏色的生成物，可在某一吸收波長(zhǎng)下產(chǎn)生特征性波峰，再用分光光度計(jì)測(cè)定設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)物及生成物的吸光值，由此確定酶活性的含量。滴定法：如果產(chǎn)物之一是自由的酸性物質(zhì)可用此法。如脂肪酶催化脂肪水解釋放出脂肪酸，脂肪酸的含量可以通過(guò)滴定進(jìn)行定量，通過(guò)計(jì)算反應(yīng)過(guò)程中脂肪酸的增加量就可以計(jì)算出脂肪酶的酶活力。2.熒光法熒光法是一種基于熒光信號(hào)的酶活測(cè)定方法，其原理是通過(guò)測(cè)量酶促反應(yīng)中熒光物質(zhì)的變化來(lái)推算酶活性。熒光法具有較高的靈敏度和選擇性，...
青藏高寒草甸氮磷供應(yīng)調(diào)控土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性

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2024 - 11 - 14

草原土壤儲(chǔ)存有439 Gt有機(jī)碳（SOC），在調(diào)節(jié)區(qū)域乃至全球氣候變化進(jìn)程中起著重要作用。然而，全球氣候變化背景下，大氣氮沉降的“施肥效應(yīng)”強(qiáng)烈地影響著土壤碳儲(chǔ)存。因此，明確高寒草甸SOC組分對(duì)氮、磷富集的響應(yīng)和潛在機(jī)制至關(guān)重要。西南民族大學(xué)高寒濕地生態(tài)保護(hù)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)馬文明副研究員課題組依托青藏高原生態(tài)保護(hù)與畜牧業(yè)高科技研究示范基地和四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站以紅原高寒草甸為研究對(duì)象進(jìn)行了長(zhǎng)期氮磷添加實(shí)驗(yàn)。采取隨機(jī)區(qū)組用尿素(CO(NH2)2)和過(guò)磷酸鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)設(shè)計(jì)7個(gè)施肥梯度，氮肥施尿素(46.65%N)，磷肥施過(guò)磷酸鈣(16%P2O5)，施肥梯度分別為（0g尿素+0g過(guò)磷酸鈣）/m2(CK)、（10g尿素）/m2(N10)、（30g尿素）/m2(N30)、（10g過(guò)磷酸鈣）/m2(P10)、（30g過(guò)磷酸鈣）/m2(P30)（5g尿素+5g過(guò)磷酸鈣）/m2(NP10)、（15g尿素+15g過(guò)磷酸鈣）/m2(NP30)。研究發(fā)現(xiàn)，氮和磷添加導(dǎo)致 SOC含量增加19.95%–36.66%；在相同施肥條件下，SOC含量隨著施肥梯度的增加而增加，在N30處理下達(dá)到最高；N和P添加促進(jìn)了脂肪族碳和芳香族碳的富集；與其他處理相比，NP30處理下SOC的穩(wěn)定性最高，而P10處理下SOC的穩(wěn)定性最低。表明N和P添加促進(jìn)了不穩(wěn)定碳的損失和穩(wěn)定碳的富集，從而提高了SOC的穩(wěn)定性，促進(jìn)了高寒草甸SOC的封存?？傮w而言，氮磷添加改變了高寒草甸土壤有機(jī)碳的理化性質(zhì)以及SOC的官能團(tuán)組成，進(jìn)而促進(jìn)了SOC積累。因此，在退化的生態(tài)系統(tǒng)中添加氮和磷可能是改善土壤碳固存的有效措施。該項(xiàng)研究近期以題為Nitrogen and phosphorus supply controls stability of soil organic carbon in...
同位素指標(biāo)測(cè)定

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2024 - 11 - 11

栢暉生物特色檢測(cè)指標(biāo)——同位素的測(cè)定：更所檢測(cè)相關(guān)訊息so栢暉生物了解更多
文獻(xiàn)解讀| 林冠和林下氮素添加對(duì)溫帶森林土壤微生物殘?bào)w碳的影響不同

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2024 - 10 - 18

栢暉文獻(xiàn)解讀原名：Canopy and understory nitrogen additions differently affect soil microbial residual carbon in a temperate forest譯名：林冠和林下氮素添加對(duì)溫帶森林土壤微生物殘?bào)w碳的影響不同期刊：Global Change BiologyIF：10.8發(fā)表日期：2024.7（網(wǎng)絡(luò)首發(fā)2024.7）第一作者：Yuanqi Chen，湖南科技大學(xué)1背景對(duì)森林的研究主要集中在林下加氮對(duì)微生物和微生物殘?bào)w的影響上，但對(duì)自然界氮沉積的主要途徑——植物冠層氮沉積的影響還沒(méi)有明確的探討。本文研究了10年N添加量(25和50 kg N ha?1yr?1)和模式(冠層和林下)對(duì)溫帶闊葉林土壤微生物殘?bào)w的影響。2假設(shè)（1）N的添加減輕了微生物對(duì)N的限制，增加了土壤中微生物生物量和微生物殘?bào)w碳；（2）冠層氮的截留減少了直接進(jìn)入土壤的氮量，所以林下N的添加對(duì)微生物殘?bào)w的影響比冠層N的添加更強(qiáng)。3材料與方法（1）本研究在中國(guó)河南省雞公山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)大別山國(guó)家級(jí)森林生態(tài)系統(tǒng)野外觀測(cè)研究站(北緯31°46′~ 31°52′，東經(jīng)114°01′~ 114°06′)進(jìn)行；（2）共隨機(jī)設(shè)4個(gè)區(qū)組。每個(gè)塊包含5個(gè)處理：CT(對(duì)照，不添加氮素)、CN25 (25 kg N / ha?1yr?1冠層添加氮素，低氮)、CN50 (50 kg N /ha?1yr?1冠層添加氮素，高氮)、UN25 (25 kg N / ha?1yr?1林下添加氮素，低氮)和UN50 (50 kg N / ha?1yr?1林下添加氮素，高氮)；（3）施氮方式為NH4NO3溶液，4 ~ 10月每月施氮(每年7次)。為了增加樹冠N，在每個(gè)地塊的中心設(shè)置了一個(gè)35米高的塔，以支持灑水裝置和抽...

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案例名稱：孵化中心

說(shuō)明：栢暉生物科技有限公司項(xiàng)目孵化中心成立于2015.06.01日，研發(fā)領(lǐng)域涉及生物試劑耗材、儀器、新產(chǎn)品開發(fā)及各生物科技服務(wù)類項(xiàng)目等。自成立以來(lái)，陸續(xù)吸引了大批專家教授加盟合作，并與全國(guó)數(shù)十家高校及知名企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系。中心共有博士及以上學(xué)位骨干人員10人，專門負(fù)責(zé)公司新產(chǎn)品研發(fā)等工作，已成功研發(fā)出無(wú)線溫度監(jiān)控器及NO檢測(cè)試劑盒等產(chǎn)品（詳情見成功案例），另有細(xì)胞分選儀等三個(gè)項(xiàng)目正在積極孵化當(dāng)中。

2017 - 05 - 31

案例名稱：孵化中心流程

說(shuō)明：

2017 - 07 - 17