【论文】土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳对干湿交替响应：整合分析

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本文字数：1175字

阅读时间：4分钟

研究背景

全球气候变化可能会显著增加陆地生态系统的干湿循环（drying-rewetting cycle, DWC）。干旱通常会降低土壤微生物的活性，减少活性底物的扩散，减弱土壤呼吸。而重新湿润可能促进耐DWC胁迫的微生物同化容易获得的底物并导致土壤迅速释放大量CO₂（Birch effect），因此，再湿驱动的CO₂脉冲与土壤微生物生物量碳（MBC）和可溶性有机碳（DOC）响应DWC的变化密切相关。准确评估整个干湿交替周期内MBC和DOC的动态变化，对于预测全球气候变化下土壤碳动态及陆地碳循环与气候变化之间的反馈关系至关重要。

很多研究探讨了DWC对整个干湿周期内的MBC和DOC的影响。然而，DWC对土壤MBC和DOC的影响仍然难以捉摸，这可能是由于生态系统类型、土壤性质和实验处理的不同所致。因此，我们使用数据整合来阐明DWC对土壤MBC和DOC的影响。

材料与方法

本研究基于28篇文献，获取了涵盖农田、草地、森林等生态系统的187个MBC和DOC数据（图1），采用随机效应模型（random-effects model）和混合效应meta回归模型（mixed-effects meta-regression model）等方法进行了分析。

图1 研究地点分布

实验用恒定水分进行对照处理，干湿交替作为实验处理。

图2 培养时间和土壤含水量变化之间的关系

结果&讨论

结果表明，DWC分别增加了土壤MBC和DOC的9.5% 和12.3%。同时，DWC使森林土壤MBC含量增加了20.8%，而农田和草地土壤DOC含量分别增加了12.0%和15.6%（图3）。

图3 干湿交替对微生物生物量碳和可溶性有机碳的影响

除此之外，研究还发现MBC效应大小与土壤粘粒含量、有机碳、全氮呈负相关，与土壤采样深度和DWC干燥天数占总天数的比例呈正相关。

图4 土壤微生物生物量碳对干湿交替的响应程度与其他因素的关系

同时，本研究发现MBC效应的大小随着DWC数量的增加而持续增加，而DOC效应的大小随着DWC数量的增加而减少。这一结果可以解释为什么复湿后出现CO₂脉冲，但其振幅却随着DWC数的增加而逐渐减小。这表明随着DWC数量的增加，土壤有效基质持续减少，而MBC不断累积，导致CO₂减少。

图5 干湿交替次数与土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳的关系

小结

总体来说，本研究通过meta分析，在全球尺度上对干湿交替（DWC）影响下土壤微生物生物量碳（MBC）和可溶性有机碳（DOC）做了全面评估，揭示了环境、土壤和实验变量土壤微生物生物量碳和可溶性有机碳响应干湿交替的一般模式；我们发现DWC数量的增加导致了MBC的积累，但对DOC有负面影响。这可能表明，随着DWC数量的增加，越来越多的有机碳被转化为MBC而不是CO₂。这可以很好地解释Birch效应中复湿后CO₂脉冲随时间下降的现象。我们的结果有助于理解陆地生态系统中土壤MBC和DOC对DWC的响应，并且可以改进对未来更多可变土壤水分状况下土壤碳排放的预测。

本研究于2021年7月30日以“Responses of soil microbial biomass carbon and dissolved organic carbon to drying-rewetting cycles: A meta-analysis”为题在线发表在Catena杂志上。重庆三峡学院2020级硕士生董宏鑫为论文第一作者，重庆三峡学院林俊杰教授和北京大学朱彪研究员为论文共同通讯作者，其他合作者还包括浙江大学的博士生张帅。本研究得到了国家自然科学基金（31770529和31988102）、重庆市教育委员会科技攻关计划（KJZD-K202001203、KJZD-K202003501、WEPKL2018ZD-05）、重庆市科学技术委员会（cstc2020jcyj-msxmX0095）的资助。

编辑 丨 王旭东

审核 丨 朱彪

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