GCB精选 | 全球土壤微生物存活时间

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原名：Mapping soil microbial residence time at the global scale

译名：绘制全球土壤微生物存活时间图

期刊：Global Change Biology

通讯作者：徐小锋

通讯作者单位：美国圣地亚哥州立大学

原文链接:  https://doi.org/10.1111/gcb.15864

Introduction 

土壤微生物是土壤有机物矿化的最终驱动因素，是异养呼吸(HR)的来源，占土壤呼吸的50%以上，HR是陆地生态系统第二大陆地碳通量。1990- 2014年，HR在土壤碳排放总量中所占比例增加了17%，因此微生物介导的土壤碳排放(微生物呼吸+根系呼吸)对大气的贡献越来越受到关注。土壤微生物停留时间(MRT)，即微生物在土壤中存活的时间。MRT决定了土壤有机碳的矿化，以异养呼吸的方式释放碳，并在很大程度上促进了陆地生态系统中碳的外流。因此其对于评估陆地C循环-气候反馈具有重要意义。

Methods 

作者从232篇论文中检索到的2627个观测数据，包括9个生物群落(即寒带森林、温带阔叶林、温带针叶林、热带/亚热带森林、草原、灌木林地、裸地/荒漠、天然湿地和农田)(图1)。基于基础呼吸和微生物生物量C计算MRT。

图1  本研究数据点的全球分布

Results

表1  生物群落水平MRT

1. 各生物群系间的MRT差异较大(表1)。北方森林(65天)和草地(49天)的MRT最大，而天然湿地(11天)的MRT最小。在森林生物群落中，温带针叶林(34天)、温带阔叶林(24天)和热带/亚热带森林(23天)的MRT显著小于北方森林。温带针叶林的MRT显著大于温带阔叶林和热带/亚热带森林。温带阔叶林和热带/亚热带森林的MRT差异不显著。农田(16天)和灌丛(18天)的MRT差异不显著。此外，使用不同Q10值对温度进行校正，结果显示生物群系间的MRT模式相似(表1)。

图2  气候、植被、土壤性质和土壤微气候交互作用对MRT的影响

2. MRT受多个环境因素的影响。总体而言，气候、植被、土壤微气候变量和土壤性质的广义线性模型解释了平均MRT的79.0%的变化(图2)。土壤性质是影响MRT的主要因素，其次是气候、植被和土壤小气候。土壤性质解释了平均MRT变异的59.7%。气候、植被和土壤微气候及其相互作用对MRT的贡献率分别为46.0%、41.9%和35.1%。环境类群(10.28%)和气候(10.24%)的复杂相互作用对MRT的解释最为明显，其次是土壤性质、植被和气候的相互作用(9.33%)。土壤小气候对MRT的贡献最小(0.43%)，气候与土壤相互作用对MRT的贡献最小(0.21%)。

图3  微生物在表土中的MRT

3. 基于广义线性模型的植被(NPP和Croot),土壤性质(BD、土壤质地、孔隙度、pH值、土壤C和TN),气候(地图和垫),土壤小气候(SM和ST),和土壤微生物(MBC和MBN),作者绘制了全球表土的MRT图(图3)。本研究估计全球平均MRT为38天。MRT具有明显的纬向生物地理分布格局，热带较低，北极较高。

图4 (a)局部、(b)局域和(c)生物群系水平的模型模拟土壤微生物停留时间的验证

Conclusion 

综上所述，本研究结果表明生物群落间的MRT存在显著差异，其中北方森林和草原的MRT最大，而天然湿地的MRT最小。土壤性质是决定MRT最重要的因素。此外，根据全球MRT地图，估计全球MRT的平均时间为38天。全球MRT分布呈现较大的空间异质性和明显的纬向正趋势。这项研究是首次尝试在全球范围内绘制MRT地图。MRT的生物地理学对于我们理解MRT的变化及其与环境因素的相关性具有重要意义。土壤MRT是控制微生物过程，进而控制SOM分解和养分循环的重要参数。MRT的生物群落和全球尺度估计值可以作为微生物模型在气候变化下模拟土壤C过程的基准。