原名：Conversion of SIC to SOC enhances soil carbon sequestration and soil structural stability in alpine ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau.

譯名：無(wú)機(jī)碳（SIC）向有機(jī)碳（SOC）的轉(zhuǎn)化增強(qiáng)了青藏高原高寒生態(tài)系統(tǒng)的土壤固存和土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

期刊：Soil Biology and Biochemistry

IF：9.7

發(fā)表日期：2024.8（網(wǎng)絡(luò)首發(fā)2024.5）

第一作者：馬云橋 青海大學(xué)高原生態(tài)與農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（李希來(lái)課題組）

陸地生態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)存了大量的有機(jī)碳（SOC）和無(wú)機(jī)碳（SIC），土壤有機(jī)碳和土壤無(wú)機(jī)碳由非生物和微生物因素驅(qū)動(dòng)具有潛在動(dòng)態(tài)相互關(guān)系，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和固碳有重要影響(圖1）。同時(shí)青藏高原約占國(guó)土面積的五分之一，是我國(guó)巨大的碳庫(kù)，因此對(duì)該區(qū)域生物和非生物因子介導(dǎo)的土壤有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程和機(jī)制研究顯得尤為重要。

（1）評(píng)估不同空間尺度下不同植被類型中聚集體的組成和穩(wěn)定性；

（2）量化SOC、MBC、DOC、SIC和碳水解酶酶活性（α-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶）的分布，以及不同植被類型不同土壤團(tuán)聚體中細(xì)菌和真菌群落的組成和多樣性；

（3）分析調(diào)控團(tuán)聚體內(nèi)SOC和SIC動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化的主要生物和非生物因子，以約束土壤團(tuán)聚體形成與土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

（1）研究地點(diǎn)位于中國(guó)青海省河南-蒙古自治縣（北緯34°05′-34°56′，東經(jīng)100°53′-102°16′），海拔范圍3400-4200米。

（2）MS代表高寒草甸陽(yáng)坡，SS代表高寒草甸陰坡，WR代表河濱濕地。每種地形的優(yōu)勢(shì)植物機(jī)水汽條件有所不同（表1）。

（3）設(shè)置樣地并用5cm土鉆取土，并將土壤分成不同粒徑（圖2）。

（4）測(cè)定指標(biāo)：pH、SWC、STC、DOC、SOC、SIC、MBC、AG、BG、16s rRNA、ITS。

表1 不同地形基本特征

圖2 樣地和采樣示意圖

（1）坡向和坡位對(duì)土壤團(tuán)聚體分布和穩(wěn)定性有顯著影響（p<0.05），ms的大粒團(tuán)聚體（>2 mm）主要向（<0.25>2 mm）主要向2 ~ 0.053 mm粒徑轉(zhuǎn)移，這導(dǎo)致陽(yáng)坡和陰坡的MWD由上至下逐漸減小，但均顯著高于濱江（圖3）。

圖3青藏高原MS、WR和SS上、中、底位置土壤團(tuán)聚體分布(a)和團(tuán)聚體平均重徑(b)

（2）土壤的生物和非生物性質(zhì)隨坡向、坡位和團(tuán)聚體粒徑的變化而變化（圖4）。

圖4 青藏高原MS、WR和SS上部、中部和底部土壤團(tuán)聚體的生物和非生物特性

（3）細(xì)菌多樣性高于真菌多樣性，對(duì)環(huán)境因素的敏感性較低。優(yōu)勢(shì)菌群的豐度分布不均，主要受坡位、坡向和團(tuán)聚體粒徑分?jǐn)?shù)的影響。

圖5 弦線圖顯示青藏高原陽(yáng)坡、陰坡和河濱的大小組分團(tuán)聚體在門水平上的主要細(xì)菌(a)和真菌(c)的相對(duì)豐度。NMDS結(jié)果顯示了土壤細(xì)菌(b)和真菌(d)微生物群落的變化

（4）根據(jù)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，團(tuán)聚體中細(xì)菌和真菌收到土壤理化性質(zhì)的顯著影響，其中pH顯著影響細(xì)菌和真菌的群落組成和群落多樣性。

圖6 影響青藏高原MS、SS和WR不同大小組分細(xì)菌(a)和真菌(b)群落組成和多樣性的土壤生物和非生物因子環(huán)境因素之間的相關(guān)性

（5）pH與STC、SOC、AG、BG、SWC和Chao1指數(shù)呈顯著指數(shù)負(fù)相關(guān);在MS、SS和WR不同位置的所有團(tuán)聚體中，與SIC、DOC和Shannon指數(shù)呈指數(shù)正相關(guān)。由擬合方程可以看出，pH對(duì)酸性土壤（pH < 7）STC、SOC、AG、BG和Chao1的影響顯著大于堿性土壤（pH > 7），而對(duì)SIC和DOC的影響則相反。

圖7 pH和其他環(huán)境因子的回歸分析圖

（6）pH通過(guò)調(diào)節(jié)團(tuán)聚體內(nèi)的酶活性和微生物群落，促進(jìn)無(wú)機(jī)碳向有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化，從而擴(kuò)大土壤“碳匯”的規(guī)模，減少二氧化碳的排放。

圖8 pH調(diào)節(jié)下微生物驅(qū)動(dòng)的無(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化與土壤團(tuán)聚體周轉(zhuǎn)的協(xié)調(diào)示意圖

（1）小團(tuán)聚體（主要為<0.053 mm）的微生物活性最低，而溶解有機(jī)碳（DOC）、SIC和pH值則相反。

（2）細(xì)菌多樣性大于真菌多樣性，對(duì)環(huán)境因素的敏感性較低，優(yōu)勢(shì)門豐度主要受坡度影響，團(tuán)聚體大小對(duì)群落結(jié)構(gòu)的影響分布不均。

（3）高寒山地的有機(jī)碳周轉(zhuǎn)效率依次為向陽(yáng)坡高寒草甸（MS）>河濱高寒濕地（WR）>陰坡高寒草甸（SS），粉砂+黏土組分>大團(tuán)聚體>微團(tuán)聚體。

（4）pH值是土壤團(tuán)聚體中微生物驅(qū)動(dòng)的有機(jī)-無(wú)機(jī)碳動(dòng)力學(xué)的主要非生物調(diào)節(jié)因子。pH隨粒徑的增大抑制了酶活性，降低了細(xì)菌群落組成和多樣性，然而真菌群落組成降低，真菌群落多樣性增加，促進(jìn)了MBC、DOC和SIC向SOC過(guò)渡。這導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體中儲(chǔ)存的總碳增加，從而促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性。