中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站在喀斯特土壤微生物碳泵-礦物碳泵協(xié)同/權(quán)衡機(jī)制研究取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果近期以Lithological controls on soil aggregates and minerals regulate microbial carbon use efficiency and necromass stability為題發(fā)表在自然指數(shù)（Nature Index）期刊Environmental Science & Technology，張偉、王克林研究員為論文通訊作者，胡培雷副研究員為第一作者。
土壤異養(yǎng)微生物驅(qū)動的有機(jī)碳積累主要包括兩個(gè)過程：1）微生物通過分解和合成代謝驅(qū)動植物光合碳在微生物活體-殘?bào)w傳遞；2）微生物殘?bào)w在土壤中的穩(wěn)定化過程，即土壤團(tuán)聚體和礦物的物理-化學(xué)保護(hù)作用。微生物碳利用效率反應(yīng)微生物分解和合成代謝雙重效應(yīng)權(quán)衡，碳利用效率越高，意味著微生物將吸收的碳更多分配至生物量合成，經(jīng)過微生物生長-繁殖-死亡的迭代過程，促進(jìn)土壤有機(jī)碳形成。然而，土壤團(tuán)聚體和礦物的物理-化學(xué)保護(hù)作用增加了微生物養(yǎng)分限制，從而降低了微生物碳利用效率。因此，土壤團(tuán)聚體和礦物對微生物碳泵儲碳可能存在權(quán)衡效應(yīng)，一方面降低了微生物碳利用效率和殘?bào)w形成，另一方面提高了微生物殘?bào)w碳（微生物源碳）穩(wěn)定性。
前期研究發(fā)現(xiàn)，植被恢復(fù)背景下，西南喀斯特出露基巖非但沒有限制土壤有機(jī)碳固定，中等程度的基巖出露反而促進(jìn)土壤有機(jī)碳積累。其核心可能與碳酸鹽巖相對快速的溶解動力學(xué)特性有關(guān)。巖石風(fēng)化過程析出大量的礦物到土壤，增強(qiáng)了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和礦物保護(hù)能力。因此，科研人員推測喀斯特土壤團(tuán)聚體和礦物保護(hù)對土壤有機(jī)碳形成和穩(wěn)定具有更強(qiáng)的權(quán)衡效應(yīng)。
基于此，研究團(tuán)隊(duì)以渝黔桂典型水熱梯度樣帶為研究區(qū)，以喀斯特和非喀斯特相同林齡的次生林土壤為研究對象，量化原狀土壤和破碎團(tuán)聚體土壤微生物碳利用效率，闡明微生物殘?bào)w在不同穩(wěn)定態(tài)有機(jī)質(zhì)組分中的分配賦存特征。結(jié)果表明：1）破碎團(tuán)聚體顯著提高了喀斯特和非喀斯特土壤微生物碳利用效率；2）喀斯特土壤高鈣和高鐵氧化物含量增強(qiáng)了大團(tuán)聚體穩(wěn)定性和礦物保護(hù)能力，降低了微生物碳利用效率；3）盡管土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和礦物保護(hù)降低了微生物碳利用效率和微生物殘?bào)w生成量，但礦物保護(hù)增強(qiáng)了微生物殘?bào)w穩(wěn)定性；4）土壤團(tuán)聚體和礦物對土壤有機(jī)碳形成和穩(wěn)定的權(quán)衡效應(yīng)受巖性調(diào)控，喀斯特土壤高礦物含量導(dǎo)致更高的權(quán)衡效應(yīng)。
研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)僅基于微生物碳利用效率大小來評估土壤固碳潛力可能會存在偏差，喀斯特土壤碳循環(huán)研究以及固碳增匯技術(shù)研發(fā)需要考慮微生物碳泵和礦物碳泵協(xié)同和權(quán)衡效應(yīng)。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合重點(diǎn)基金等項(xiàng)目的資助。
土壤團(tuán)聚體和礦物影響微生物殘?bào)w形成和穩(wěn)定的協(xié)同與權(quán)衡機(jī)制