肥沃的土壤不会从天而降

导  读

到目前为止，细菌残留对土壤肥力的贡献被低估了。

编译水平有限，敬请指正。

原题：Fertile soil doesn't fall from the sky

作者：德国亥姆霍兹联合会（Helmholtz Association）

来源：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2012-12/haog-fsd121412.php

陈能场编译

电子显微照片显示，细菌（Hyphomicrobiumsp .;黄色）部分生长在固体表面，地板和沉积物颗粒上，在生长过程中，任何细胞死亡，变形或碎片化的细胞包膜仍然保留，这些壳的小碎片（红色）随后凝结。土壤和沉积物中的微粒基质。

图片来源：照片：德累斯顿工业大学材料科学研究所BurkhardSchmidt-Brücken 彩色：Helmholtz环境研究中心的Christian Schurig

本新闻稿提供德语版本。

莱比锡。死亡细菌的遗骸对土壤的意义远比以前设想的要大，大约40％的微生物生物量转化为有机土壤成分，来自赫尔姆霍尔茨环境研究中心（UFZ）、德累斯顿理工大学（德累斯顿技术大学）、斯德哥尔摩大学、马克斯-普朗克-恩特威克伦格生物研究所（马克斯•普朗克发育生物学研究所）和汉诺威莱布尼茨大学（汉诺威莱布尼茨大学）的研究人员在专业期刊《生物地球化学》中写道。迄今为止，人们一直认为土壤的有机成分主要由分解后的植物材料组成，这些材料直接转化为腐殖质。 在实验室实验和现场测试中，研究人员现在驳斥了这一论点。显然，易于生物降解的植物原料最初被转化为微生物生物质，然后为土壤有机质提供了原料。

土壤有机质是生物圈中陆地结合碳的最大部分。因此，这些化合物不仅对土壤肥力和农业产量起着重要作用。它们也是控制大气中二氧化碳浓度的关键因素之一。因此，根据土壤资源管理，可以减缓或加速气候变化。

在实验室培养实验中，研究人员最初用稳定的同位素¹³C标记了模型细菌，并将该细菌引入了长期培养实验“埃维格尔·罗根鲍”（Ewiger Roggenbau）的土壤中。在224天的培育之后，确定细菌来源的碳的命运。“因此，我们在整个土壤样品中发现了细菌细胞壁的碎片，最大尺寸为500 x 500纳米。在其他研究中也观察到了这种碎片，但未被识别或量化。”UFZ的Matthias Köstner教授宣布。细菌细胞壁片段的积累似乎受到来自细胞液体内部的肽和蛋白质的支持，这些肽和蛋白质比其他细胞成分更大量地保留在土壤中。这些材料能够在土壤的矿物质成分上形成有机分子的膜，死细菌的碳在其上积累并稳定下来。

当细菌细胞壁的碎片变干时，它们可能会失去橡胶般的性能，并且会像玻璃一样变硬。但是，如果土壤随后再次变湿，则在某些情况下无法将其重新润湿-这是它们被其他细菌降解的重要前提。这将为土壤中理论上易于降解的碳化合物的稳定化提供最简单的解释。 MatthiasKästner说：“这种新方法解释了以前被视为矛盾的有机土壤成分的许多特性”。在20世纪90年代末，卡斯特纳（Kästner）和他的团队在对先前天然气工地污染土壤中环境污染物蒽等的降解进行早期调查的基础上，提出了这一想法。在这些研究中，同位素分析显示出结合的碳残基是细菌起源的。在2000年以后，在德国研究基金会（DeutscheForschungsgemeinschaft; DFG）的支持下，他们开始在两个联合研究计划的范围内跟踪这一线索。

在实验室实验之后，该假设在实地研究中得到了检验。 2009年夏天，研究人员在瑞士乌里州达曼冰川前场采集了土壤样本。在过去的150年中，冰川退缩了大约1公里。取而代之的是花岗岩岩石，它被生物伴随土壤发展而逐渐重新定殖。在形成新的土壤之后，第一批植物，例如苔藓和草，之后是灌木丛，随后是树木。同时，正在对其进行广泛研究的达马冰川，不仅对气候研究人员，而且对生态学家而言，都已成为重要的室外实验室。用样品调查的土壤年龄在0至120年之间，因此可以洞悉土壤发育的早期过程。随后在图宾根的马克斯·普朗克发育生物学研究所进行的扫描电子显微镜研究也表明，由细菌细胞壁残留物组成的薄膜对土壤矿物质颗粒的覆盖随着土壤年龄的增加而增加。因此，户外调查的结果证实了这一假设和实验室结果。借助扫描电子显微镜的最新进展，最终使这种新知识成为可能，这同时使得能够识别和评估土壤纳米组分。

因此，肥沃的土壤中植物残渣的主要部分可以通过微生物，例如微生物来快速处理，细菌形成更多细菌，进而导致更多细胞碎片，然后在土壤中产生更多的有机质。“尽管生态系统中绝大部分有机碳主要是由植物产生的，但我们能够证明，大部分有机物质实际上是由细菌和真菌的残留物组成的。这凸显了细菌作为所有类型土壤中的生物”，MatthiasKästner总结道。此外，它们对于全球气候也很重要：这些有机物质的降解会导致矿化产物和温室气体二氧化碳（CO₂）。根据英国的估计，由于英格兰和威尔士土壤中有机物质的降解，每年向大气中逸出的二氧化碳量在数量级上每年减少了那里的温室气体排放量。这意味着如果不首先保护土壤，就不可能在气候保护方面取得严格的进展。

出版物：

Christian Schurig，Rienk H.Smittenberg，Juergen Berger，Fabio Kraft，Susanne K.Woche，Marc-O。 Goebel，Hermann J.Heipieper，Anja Miltner，Matthias Kaestner（2012）：微生物细胞包膜碎片和土壤有机质的形成：以冰川前场为例。生物地球化学。

在线发布：DOI：10.1007 /s10533-012-9791-3

这些研究得到了德国研究基金会（DFG）在SPP1315 DynaCarb项目范围内的支持，并得到了欧盟在ModelPROBE项目范围内的支持。

Anja Miltner，Petra Bombach，BurkhardtSchmidt-Brücken，MatthiasKästner（2012）。 SOM起源-微生物生物量的重要来源。生物地球化学，印刷中。

在线发布：DOI 10.1007 / s10533-011-9658-z

这项研究得到了德国研究基金会（DFG）在SPP1090 BioRefrak项目范围内的支持以及欧盟在ModelPROBE项目范围内的支持。

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