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联合国粮农组织估计,全球土壤侵蚀量每年可达到750亿吨,导致了10-50亿吨土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)在陆地表面的重新分布,强烈地影响着陆地生态系统碳循环。土壤颗粒是SOC和微生物的载体,其大小直接影响泥沙SOC和微生物的迁移及其空间分布。有机质的组成决定着SOC的质量和稳定性,微生物群落是陆地生态系统的驱动力。了解土壤颗粒中有机质的组成、微生物群落结构的分布特征及其相互关系有助于我们深入理解侵蚀地貌下SOC的生物地球化学循环过程。沉降速度分级技术被认为是研究侵蚀条件下土壤颗粒迁移和分布特征的重要方法。基于此,本研究首先比较了三种土壤颗粒分级方法下颗粒组成与碳氮分布的差异,明确沉降管法在侵蚀条件下的优越性;然后,以我国东北的黑土和西北的黄土(黑垆土)为供试材料,利用沉降管将供试土壤分为三个粒级>250μm,63-250μm和<63μm(等效石英粒径,Equivalent Quartz Size,EQS),利用傅里叶变换红外光谱,测定并解析不同土壤粒级有机质组成变化特征;借助16S r RNA和ITS1基因测序技术测定不同粒级中细菌和真菌群落结构;结合室内培养实验,探究不同粒级SOC的矿化分解特征;在此基础上,分析了土壤颗粒中有机质组成和微生物群落之间的耦合关系。最后,选取典型侵蚀地貌(塬-坡-沟)验证室内研究获得的相关结果。主要结果如下:(1)土壤有机碳含量和稳定性在不同粒级颗粒中分布特征存在显著差异。黄土中EQS>250μm粒级SOC含量比63-250μm和<63μm粒级分别高13.0%和42.7%;黑土中EQS 63-250μm粒级SOC含量比>250μm和<63μm粒级分别高17.0%和21.0%。黄土中EQS>250μm易分解有机质相对含量(C-H/C=O)比63-250μm和<63μm粒级分别高64.6%和87.5%,但黑土中EQS 63-250μm粒级中C-H/C=O的值比>250μm和<63μm粒级分别高81.3%和51.6%。不同土壤粒级中,有机质官能团比值与SOC含量,?13C稳定同位素自然丰度及SOC矿化速率之间的相关关系不同,EQS 63-250μm和<63μm粒级规律相对稳定和一致,而ESQ>250μm显示出复杂多变的特征。(2)不同粒级土壤颗粒为细菌/真菌群落提供了特定的微环境,支持不同种类和功能的细菌/真菌生存。EQS>250μm颗粒中变形菌丰度较高,EQS 63-250μm颗粒中厚壁菌相对丰度较高,EQS<63μm颗粒中放线菌丰度较高。随着土壤粒级的减小,子囊菌的相对丰度增加,而担子菌的相对丰度则降低。EQS>250μm中真菌群落的指示物种在土壤团聚方面发挥着重要作用,而EQS 63-250μm和<63μm粒级真菌群落指示物种多为腐生营养型真菌,能够参与纤维素、几丁质等复杂化合物的分解。细菌和真菌的α多样性均随着土壤粒级的减小而变大,且在黄土中比黑土中更加明显。黑土EQS63-250μm的细菌和真菌群落共发生网络最为复杂,群落较其他粒级更稳定;黄土EQS>250μm的细菌网络结构和EQS<63μm的真菌网络结构最为复杂,群落稳定性最好。两种土壤中,细菌群落参与土壤碳水化合物与能量代谢的功能随着粒级的减小而显著降低,致病真菌和腐生真菌的相对丰度随着粒级的变小而增大。(3)土壤颗粒中有机质组成显著影响细菌和真菌群落结构。易分解有机质对SOC的矿化分解与稳定有重要影响,难分解有机质则与微生物群落的多样性密切相关。不同的门水平细菌/真菌与特定的有机质官能团相关,并且这些关系在不同粒级颗粒中表现均不同。细菌和真菌群落中相对丰度占优势的物种和相对丰度较低的物种与有机质官能团吸光度的相关性相反。相较于难分解有机质相对含量(C=C/COO),土壤颗粒中微生物群落对C-H/C=O变化的响应更敏感。变形菌、拟杆菌、子囊菌和担子菌与C-H/C=O均显著正相关,这些生长快速的富养型微生物更适宜在有机质丰富的EQS>250μm和63-250μm粒级中生活。鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)与被孢霉菌目(Mortierellales)等物种与C=C/COO呈显著正相关关系,它们均具有较强的分解复杂有机化合物的能力,偏好在EQS<63μm环境中栖息。土壤颗粒中有机质组成和微生物群落结构的分布影响SOC的矿化分解。(4)黄土高原沟壑区典型的侵蚀地貌下,侵蚀造成土壤粒级分布的变化驱动塬面、坡面和沟道的有机质组成和微生物群落结构的差异性分布。塬面和坡面土壤中EQS63-250μm颗粒的含量较高,而沟道EQS<63μm颗粒含量较高。沟道中C-H/C=O显著低于塬面和坡面。沟道中细菌α多样性显著低于塬面和坡面,但真菌α多样性显著高于塬面和坡面。野外侵蚀沉积地貌下粒级分布、有机质组成和微生物群落结构分布的关系部分支持了室内沉降分级研究中所获得的结果。此外,不同地貌单元的微环境也会对土壤有机质组成和微生物群落的分布造成影响。本研究以土壤颗粒的沉降速度分级为基础,明确了不同土壤颗粒在侵蚀环境中的空间分布规律,揭示了土壤颗粒中有机质组成对微生物的群落分布与功能代谢的驱动作用;并阐明了易分解有机质在SOC矿化分解与稳定机制中的重要影响,难分解有机质对微生物群落多样性的促进作用;以上研究结果为深入理解侵蚀迁移过程中有机碳生物地球化学循环提供了理论依据。