STOTEN:微生物的生活史策略和颗粒有机碳调节了微生物残体碳的形成和稳定对生物炭添加的响应
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原名:Microbial life-history strategies and particulate organic carbon mediate formation of microbial necromass carbon and stabilization in response to biochar addition
译名:微生物的生活史策略和颗粒有机碳调节了微生物残体碳的形成和稳定对生物炭添加的响应
期刊:Science of The Total Environment
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.175041
第一作者&通讯作者:Yeye Zhang & Juan Han
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摘要
微生物残体碳(MNC)对土壤有机碳(SOC)的形成有显著贡献。然而,生物炭的微生物固碳效应常常被低估,并且受到养分可利用性的影响。与MNC形成和稳定相关的机制尚不清楚,特别是在生物炭和氮肥(N)联合应用的情况下。因此,在一个基于生物炭施用的长期田间试验(11年)中,作者利用细菌16S rRNA基因测序、真菌ITS扩增子测序、宏基因组学和微生物生物标志物,来检验MNC积累与微生物代谢策略在生物炭和氮肥联合处理下的相互作用。作者的目标是确定涉及其中的关键微生物模块和物种,并分析MNC从各种组分中被固定下来的位点。生物炭的施用使MNC含量增加了13.9%。在MNC组分中,真菌残体对MNC的贡献更大,但在生物炭施用后,细菌更容易富集。在不同量生物炭施用下影响MNC形成的微生物生活史策略与氮肥施用水平相关。在施用226.5 kg ha⁻¹氮肥时,具有高生长产量策略的微生物群落,如放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),占主导地位,并促进了MNC的产生。相比之下,在施用113.25 kg ha⁻¹氮肥和高量生物炭时,具有强资源获取策略的变形菌门(Proteobacteria)占主导地位,MNC积累量较低。随着生物炭的添加,矿物结合态有机碳库迅速饱和,因此真菌残体碳的贡献可能因再利用而减少,从而导致细菌残体碳在颗粒有机碳库中更快速地被保存。总体而言,作者的研究结果表明,微生物的生活史特征对于将微生物代谢过程与MNC的积累和稳定联系起来至关重要,从而强调了它们对于农田土壤中SOC积累的重要性,以及需要为农业土壤量身定制适当的生物炭和氮肥施用策略的必要性。

摘要图

不同处理下微生物残体碳(MNC)、真菌残体碳(FNC)和细菌残体碳(BNC)的差异(a)。
微生物残体碳(MNC)、真菌残体碳(FNC)和细菌残体碳(BNC)与颗粒物(POC)和矿物相关有机碳(MAOC)的线性回归(a-c),以及土壤黏粒含量与MNC、BNC和FNC的关系。
结论
在本研究中,作者将细菌 16S rRNA 基因与真菌 ITS 扩增子测序、宏基因组学和分子标记相结合,探讨生物炭和氮肥联合施用下影响 MNC积累和稳定的机制。用不同数量的生物炭和氮肥处理的土壤中养分可用性和资源平衡的变化导致微生物生活史策略的权衡,从而影响土壤中微生物衍生的 C 的形成。特别是,在高肥料水平下施用生物炭的土壤中,放线菌门和拟杆菌门在共生网络的核心微生物模块中的富集导致为微生物生长和生产分配了更多的能源和资源(Y 策略)。相比之下,在不平衡的土壤 C 和 N (如 N1_B20) 下,富含变形菌门的核心模块主要投资于 A 策略,因此牺牲了微生物生长产量。MAOC 在生物炭添加下迅速饱和,真菌残体被再利用,积累的 BNC 的稳定主要通过 POC 进行。作者的研究结果为适当调整生物炭和氮肥施用量提供了见解,并证明了微生物生长策略和 POC 池对 SOC 封存的重要性。
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