国内土壤科研进展（2020年第11期）|研究

导  读

沈阳生态所揭示增温对土壤微生物残留物分解的影响等3则进展。

来源：根据中科院网站近期相关报道整理

沈阳生态所揭示增温对土壤微生物残留物分解的影响

微生物在土壤有机质的形成和周转中扮演重要角色，其死亡后的残留物是土壤有机氮的重要贡献者。然而目前为止，土壤微生物残留物氮的形成、周转和稳定的控制机制仍不明确，全球变暖是否通过影响微生物残留物的动态而影响土壤有机质的周转还有待研究。

基于此，中国科学院沈阳应用生态研究所生物地球化学组以长白山温带森林土壤为研究对象，利用微生物纯培养法从土壤中筛选出细菌和真菌数株，利用含有高丰度氮同位素的培养基对微生物进行培养并获得微生物残留物，之后进行不同温度条件下的微生物残留物室内分解实验。

研究发现：1）尽管细菌和真菌残留物的化学成分不同，但其残体氮的矿化速率没有明显差异；增温条件下，微生物的生长和死亡残留物形成速率高于残留物的分解速率，使得土壤中微生物残留物氮的积累不断增加；2）大部分残留物的15N出现在矿物有机物复合体中，表明残留物氮在土壤中保持稳定的主要因素是矿物保护而不是残留物自身质量。这项研究揭示了增温条件下微生物残留物氮在土壤中的分解和稳定过程，为更准确地预测未来全球变化情景下SOM的响应提供数据支持及理论基础。

研究成果以Elevated temperature increases the accumulation of microbial necromass nitrogen in soil via increasing microbial turnover 为题发表在Global Change Biology 期刊上。沈阳生态所生物地球化学组博士生王旭为第一作者，副研究员王超和研究员白娥为共同通讯作者。该研究得到中科院0-1原创项目、国家自然基金委重点项目、中科院青年促进会项目（王超）和国家自然基金委优秀青年项目（白娥）的支持。

文章链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.15206

图1. 不同培养温度条件下微生物残留物15N回收率随时间的变化

图2. 微生物残留物氮在土壤中分解后的主要去向

图3. 模型模拟新形成微生物残留物15N回收率随时间的变化以及微生物残留物15N在颗粒有机物和矿物有机物复合体组分回收率随时间的变化

东北地理所在利用土壤元素组成特征评估湿地恢复效果研究中取得进展

湿地是地球上最富有生物多样性的生态系统和人类最重要的生存环境之一，具有不可替代的生态功能，被称为"地球之肾"。自20世纪初以来，由于人类的大规模开发利用，全球约有一半以上的湿地丧失。20世纪80年代以来，随着对湿地重要性认识的深入以及湿地保护的加强，世界范围内实施了大规模的生态恢复工程，以期恢复重要的湿地生态系统服务功能。

在评估湿地恢复效果的科研工作中，多数研究重点关注湿地植被的恢复过程，对湿地生态工程能否使土壤生物地球化学过程恢复到原始状态仍缺乏足够的认识。土壤元素化学是湿地生物地球化学过程的重要指征，受景观特征、水文条件和人为干扰等因素的影响。土壤元素组成通常由气候和成土母质共同决定。目前已开展的研究多关注一个或少数几个元素，关于湿地恢复前后土壤元素组成的变化规律尚不清楚，而相关研究对于揭示湿地生物地球化学变化过程非常重要，将为湿地恢复效果评估与管理决策提供重要的参考信息。

中国科学院东北地理与农业生态研究所科研人员以我国湿地生态恢复工程重点实施区域——三江平原为研究区，选取天然湿地、恢复湿地和开垦农田三种土地利用类型，在湿地植被恢复研究的基础上，开展了湿地恢复前后土壤元素组成特征（55种）及其指示的生物地球化学变化过程研究。研究结果表明，三种土地利用类型的土壤元素组成特征具有显著差异，恢复湿地的土壤元素含量整体介于天然湿地和开垦农田之间。其中，氮、硫养分元素以及少数过渡金属元素含量在天然湿地中最高，在开垦农田中最低。相反，钠、钾元素以及大部分镧系金属元素含量在天然湿地中最低，在开垦农田中最高。磷元素在恢复湿地含量最高。

土壤有机质含量、电导率和pH是影响土壤元素组成的最主要环境因子。其中，土壤有机质含量与氮、硫、磷以及少数金属元素含量显著正相关，而与其他大部分金属元素含量显著负相关。湿地生态工程在一定程度上恢复了土壤有机质，使得土壤元素组成特征向未受干扰的自然状态方向发展。湿地生态工程实施10-15年，土壤元素组成指示的生物地球化学功能可恢复到天然湿地50%左右的水平。然而，土壤特性的差异使得恢复湿地的生物地球化学难以完全达到未受干扰的自然水平。

土壤质地类型及吸附作用，以及植物生长、根际过程和微生物介导的反硝化作用等生物过程显著影响碳吸收、养分积累和金属元素迁移，调控土壤元素组成和生物地球化学循环。土壤元素组成特征与土壤有机质和电导率是生物地球化学功能的敏感指标，可结合已有生物指标，综合评价湿地生态系统结构和功能的恢复效果。

该研究由东北地理所副研究员王国栋、研究员姜明、副研究员薛振山，东北地理所海外特聘研究员、美国北达科他州立大学教授Marinus Otte、博士袁宇翔等共同完成。成果发表于国际土壤学专业期刊Geoderma 和Land Degradation and Development。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院青年创新促进会人才项目以及东北地理所优秀青年人才基金等共同资助。

论文信息列表如下：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ldr.3561

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706119302150?via%3Dihub

图1 土壤元素组成与约束环境变量的RDA排序图

图2 土壤元素含量与土壤有机质含量的相关性

图3 基于Bray-Curtis算法的样地（天然湿地、恢复湿地、开垦农田）NMDS排序图

图4 不同样地类型（天然湿地、恢复湿地、开垦农田）土壤元素组成聚类分析

表1 不同类型样地（天然湿地、恢复湿地、开垦农田）土壤元素含量及环境因素差异（表略，请在中科院网站查询了解）

  南亚热带森林植被和土壤生物群落结构与健康对氮添加的响应研究获进展

随着人类活动的增加，全球范围内大气中活性氮的含量不断增加，尤其是在亚热带和热带地区。作为大气氮沉降的主要承受者，森林群落对氮沉降增加的响应研究可谓汗牛充栋。然而，关于主流的林下氮添加实验能否准确模拟大气氮沉降过程仍存在争议；且各群落结构指标对于氮添加的响应往往呈现复杂的协同、权衡和不同步性特征；群落整体健康水平对于氮添加的响应规律尚不清楚。此外，相对于植被群落，土壤生物群落，尤其是土壤动物群落对氮添加的响应研究仍相对缺乏。

中国科学院华南植物园生态及环境研究中心博士研究生田洋在研究员陆宏芳的指导下，依托英德石门台林冠和林下氮添加大型野外实验平台，研究了南亚热带森林植被群落和土壤生物群落结构和热力学健康水平对氮添加的响应规律。结果发现：（1）灌木层物种丰富度对林冠氮添加更为敏感，表明林下氮添加研究可能低估了氮沉降对森林群落结构的影响；相比传统的群落结构指标，植被群落的生物热力学指标对氮添加的影响更为敏感。（2）两种施氮方式处理四年后，土壤动物群落结构均与对照无显著差异；而各微生物类群PLFA的季节差异显著减小。

相关研究结果已分别发表在国际学术期刊Ecological Indicators（《生态指标》）和Science of the Total Environment（《全环境科学》）。该研究得到国家自然科学基金和中科院青年创新促进会等的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720309487?via%3Dihub

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X19304443?via%3Dihub

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