喀斯特森林土壤微生物对有机碳累积的调控机制

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土壤是人类赖以生存和发展的物质基础,土壤有机碳(SOC)的动态变化与全球气候密切相关。土壤微生物是土壤有机碳分解与转化的主要驱动者,控制着土壤有机碳的固持过程。然而,目前对喀斯特森林土壤固碳效应及其驱动机制尚认识欠缺。本研究以中国西南典型喀斯特森林和邻近的非喀斯特森林为对象,两个森林有机碳含量差异显著,选取0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm三个土层,采用18O-H2O示踪培养、磷脂脂肪酸法以及生物标志物法,分析喀斯特与非喀斯特森林不同土层微生物群落结构、碳代谢和残体碳对有机碳的影响。主要研究结果如下:(1)土壤微生物群落结构影响不同土层的土壤有机碳。随机森林分析结果表明,细菌对土壤有机碳含量相对重要性最大。非限制性主坐标轴分析和非度量多维尺度分析结果显示,喀斯特森林与非喀斯特森林土壤微生物群落结构无显著差异,不同土层之间的微生物群落结构差异显著,说明微生物群落结构影响不同土层深度的有机碳含量,而喀斯特森林与非喀斯特森林土壤有机碳含量之间可能不是由微生物群落结构导致的。(2)微生物碳利用效率影响土壤有机碳。微生物碳利用效率不随土壤深度变化,非喀斯特森林土壤微生物碳利用效率要显著低于喀斯特森林。两种森林土壤微生物碳利用效率保持在一个稳定的范围内(喀斯特森林为0.32±0.04,非喀斯特森林为0.06±0.01)。非喀斯特森林土壤微生物受氮限制程度更高,底物碳氮比显著高于喀斯特森林。因此,非喀斯特森林土壤微生物代谢熵更高,引发溢流呼吸,导致微生物生物量碳增长速率更低,最后降低碳利用效率。(3)微生物残体碳影响土壤有机碳。喀斯特森林微生物残体碳含量高于非喀斯特森林。真菌、细菌残体碳分别占有机碳23.20±2.18%和5.66±0.59%,在非喀斯特森林中分别占16.54±1.57%和6.63±0.75%,真菌残体碳对土壤有机碳的贡献比例显著高于细菌。真菌残体碳含量随土壤深度的增加而显著下降,而真菌残体碳和细菌残体碳对土壤有机碳的贡献,随土壤深度变化不大。
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