国内土壤科研进展（2019年第9期）|研究

导  读

城市环境所对磷脂在土壤中的快速周转研究证实了PLFA方法的经典假设；武汉植物园在森林恢复对土壤微生物群落空间变异影响研究中取得进展；喀斯特地区耕作扰动触发土壤碳氮养分损失过程机制取得系列进展。

来源：根据中国科学院网站、中国科学亚热带农业生态研究所网站近期相关报道整理

城市环境所对磷脂在土壤中的快速周转研究证实了PLFA方法的经典假设

磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid, PLFA）分析是微生物鉴定和群落结构测试的重要方法。与核酸检测相比，PLFA在表征微生物活体细胞和精确定量微生物量方面具有明显优势。然而，PLFA方法是建立在一个经典假设的基础上，即认为磷脂会随着细胞死亡而迅速降解。遗憾的是，迄今磷脂在土壤中的降解速率从未被准确量化。中国科学院城市环境研究所研究人员选取细菌（大肠杆菌、甲烷氧化菌）和真菌磷脂作为研究对象，结合¹³C标记技术，分析了¹³C标记游离磷脂在土壤中的周转速率，测定了土壤微生物量及温度等因素对游离磷脂周转速率的影响，在国际上首次证实了PLFA方法的经典假设。

首先，研究人员通过室内培养实验发现，尽管添加的磷脂的种类及含量不同，但是¹³C-PLFA的变化呈现相似的趋势（图1），并且不同的磷脂脂肪酸也呈现相同的降解趋势。根据模型拟合发现总磷脂脂肪酸的半衰期约在20小时左右，特征脂肪酸的半衰期在14-27小时，不同特征脂肪酸略有差异。

其次，不同土壤微生物量和培养温度对磷脂脂肪酸的降解研究发现，土壤微生物量不是影响磷脂降解的限制因素，而温度可显著影响PLFA的降解（图2），在该研究中发现低温会增长磷脂降解的半衰期。

研究同时发现，在i15:0,14:0和16:1ω5c等PLFA中检测到13C，表明试验中可能出现二次同化。根据含量最高的特征脂肪酸i15:0得出二次同化比例小于该成分的1%，因此该研究可以忽略二次同化对磷脂周转速率测定的影响。

总之，该研究通过外源游离磷脂结合13C标记分析磷脂种类、土壤微生物量和温度对周转速率的影响，对磷脂在土壤中的周转过程进行了准确量化，证实了PLFA仅表征活体微生物这一经典假设。

该研究于5月26日以High turnover rate of free phospholipids in soil confirms the classic hypothesis of PLFA methodology 为题在线发表在Soil Biology and Biochemistry 杂志上(Vol 135, 323-330)。城市环境所研究生张迎迎、郑宁国为论文共同第一作者，研究员姚槐应为论文通讯作者。该研究受到国家自然科学基金(41525002,41761134085)、国家重点研发项目（2017YFD0200102）和中科院战略性先导科技专项(XDB15020301)的资助。

论文链接 

https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2019.05.023

图1 真菌的总13C-PLFA和特征脂肪酸的13C 含量变化

图2 不同温度及土壤微生物量条件下13C-PLFA含量变化

城市环境所对磷脂在土壤中的快速周转研究证实了PLFA方法的经典假设

武汉植物园在森林恢复对土壤微生物群落空间变异影响研究中取得进展

土壤微生物是土壤不可或缺的组成部分，其功能代谢活动过程中所产生的各种胞外酶能够催化土壤有机质的转化，对调控生态系统碳（C）、氮（N）、磷等元素的循环过程起着重要的作用。植被变化是森林恢复最显著的特征，植被变化导致输入土壤中凋落物数量和质量的改变，进而引起土壤微生物群落结构的改变。以往研究更多地关注植被变化对土壤微生物群落整体水平的影响，植被变化对生态系统内部土壤微生物群落结构的空间变异的影响及其机制仍不清楚。

中国科学院武汉植物园土壤生态学学科组博士后李乾玺在研究员程晓莉的指导下，以丹江口库区裸地、灌丛和林地为研究对象，分析了各生态系统中土壤微生物群落结构的空间变异特征及其空间协同变化因子。结果表明：同一生态系统中，同类群土壤微生物间具有相似的空间分布格局。植物的个体分布会通过影响局部环境因子间接地对土壤微生物的空间分布产生影响。空间协同变化因子随生态系统类型的不同而发生变更。林地土壤中细菌对局部环境因子的变化比真菌更加敏感。研究结果有利于进一步揭示生态系统功能对土地利用变化的响应过程和机理。

该研究得到国家自然科学基金(31470557, 31770563)和中科院战略先导专项B（XDB15010200）的资助，相关研究成果以Spatial variation in soil microbial community structure and its relation to plant distribution and local environments following afforestation in central China 为题发表在国际期刊Soil & Tillage Research上。

文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016719871831095X

图：不同生态系统中土壤微生物生物量和群落结构的空间分布格局

喀斯特地区耕作扰动触发土壤碳氮养分损失过程机制取得系列进展

近日,中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站王克林研究员团队在喀斯特石灰土耕作扰动下土壤养分损失过程机制方面的研究取得系列进展。 　　  

西南喀斯特地区土层浅薄、二元结构发育、水土资源不匹配,生态环境极为脆弱。近现代以来,由于不合理的土地利用和高强度人为干扰,导致植被破坏后较难恢复,水土流失加剧,土壤养分大量损失,以石漠化为特征的土地退化严重。以往的研究表明,喀斯特自然生态系统土壤碳氮养分含量显著高于同地区红壤,然而在开垦利用后呈现急剧损失的特征(原生土壤开垦两年后SOM损失率达20%-40%),但目前对其损失过程和机制仍缺乏充分认知,难以支撑喀斯特土壤退化过程阻控和生态功能高效提升。 　　  

针对以上问题,基于不同翻耕频率处理及玉米种植的原位控制试验,以土壤团聚体和微生物为切入点,通过连续监测土壤碳氮养分变化及关键过程,初步探明耕作扰动下喀斯特土壤碳氮损失过程及机制,以期为喀斯特地区生态保护和有限土地资源的可持续利用提供科学依据。结果表明:(1)翻耕扰动主要破碎5-8mm粒级大团聚体,土壤总氮损失主要源于5-8 mm粒级团聚体闭蓄态有机质释放后被微生物迅速矿化利用,土壤硝化过程增强,大量硝态氮淋溶丢失,并伴随较高的地下水体污染风险。(2)翻耕扰动导致土壤活性碳库迅速降低(DOC、MBC等),促进CO2的排放。夏季高翻耕扰动显著提高CO2排放通量,但是冬季各处理排放无显著差异。在夏季减少翻耕频率或者免耕是缓解CO2排放的有效途径。(3)玉米种植通过提高微生物代谢活性加速有机物的分解,进而促进CO2排放,但是作物生长过程和作物残渣的存留会增加碳的输入,有利于土壤SOC的储存。喀斯特地区微生物量主要受翻耕扰动影响,而微生物代谢功能更多的是受玉米种植的影响。 　　  

以上研究成果在王克林研究员、张伟研究员指导下,博士研究生肖霜霜、肖丹分别作为第一作者发表在Soil & Tillage Research、Geoderma和Journal of Soils and Sediments上。研究得到国家重点研发计划、973计划和国家自然科学基金等项目支持。

论文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198718312832

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0016706117317226

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11368-018-2101-5

图1 耕作扰动下可溶性氮组成变化

图2 SEM分析翻耕次数、大团聚体及微生物量对氮素损失的影响

图3 CO2排放速率（A）及年累计排放量（B）的季节变化

　　图4 土壤微生物AWCD随培养时间的变化（A）；培养144h时土壤微生物功能多样性指数（B）

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