外源碳和養(yǎng)分輸入會(huì)影響微生物生長(zhǎng)并引起土壤碳礦化激發(fā)效應(yīng)，進(jìn)而刺激土壤有機(jī)碳的形成和礦化。為了解釋微生物生長(zhǎng)、碳循環(huán)和養(yǎng)分可利用性之間的聯(lián)系，之前有科學(xué)家通過(guò)區(qū)分富營(yíng)養(yǎng)微生物（r-strategists）和寡營(yíng)養(yǎng)微生物（k-strategists）的有機(jī)碳利用策略，研究這兩類(lèi)微生物的演替規(guī)律來(lái)探究其機(jī)制。但是也有研究表明，富營(yíng)養(yǎng)微生物既能適應(yīng)養(yǎng)分充足的環(huán)境，也能適應(yīng)養(yǎng)分貧乏的環(huán)境，使微生物活動(dòng)和碳循環(huán)之間的關(guān)系復(fù)雜化。此前研究提出的微生物生活史策略假設(shè)可以進(jìn)一步用來(lái)預(yù)測(cè)微生物活動(dòng)及其與環(huán)境的相互作用，并且激發(fā)效應(yīng)被認(rèn)為會(huì)影響微生物的生活策略，然而，養(yǎng)分和化學(xué)計(jì)量比如何影響土壤有機(jī)碳（SOC）礦化的激發(fā)效應(yīng)、SOC平衡以及碳循環(huán)與微生物生活策略的關(guān)系并不明確。
微生物生活策略對(duì)激發(fā)效應(yīng)和土壤碳平衡的化學(xué)計(jì)量調(diào)節(jié)機(jī)制的概念圖
為此，中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究團(tuán)隊(duì)向淹水水稻土壤中添加低量【50%的土壤微生物生物量碳（MBC）】和高量（500%的土壤MBC）的13C標(biāo)記的葡萄糖，并分別設(shè)置了5個(gè)N、P和S肥添加梯度（NPS養(yǎng)分梯度），構(gòu)建了不同的C、N、P和S的計(jì)量比梯度，在60天的培養(yǎng)期內(nèi)觀(guān)測(cè)了SOC的累積激發(fā)效應(yīng)動(dòng)態(tài)變化、土壤凈碳平衡指標(biāo)，土壤酶活性，并結(jié)合13C-PLFA技術(shù)，探究了微生物調(diào)節(jié)淹水稻田土壤有機(jī)碳礦化的激發(fā)效應(yīng)和有機(jī)碳積累的潛在策略和響應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明，在低量和高量葡萄糖輸入下，葡萄糖礦化度均隨NPS肥濃度的增加線(xiàn)性增加。然而，無(wú)養(yǎng)分添加處理的葡萄糖會(huì)導(dǎo)致微生物優(yōu)先利用現(xiàn)成的可利用碳，導(dǎo)致了負(fù)的激發(fā)效應(yīng)。在高量葡萄糖輸入背景下，隨著NPS養(yǎng)分輸入的增加，負(fù)激發(fā)效應(yīng)的強(qiáng)度增加（PE：-460~710mgCkg-1 soil）。相比之下，在低量葡萄糖輸入背景下，正激發(fā)效應(yīng)的強(qiáng)度隨著NPS養(yǎng)分輸入的增加而增加（PE：60~100mgCkg-1 soil）。高量葡萄糖添加伴隨著NPS養(yǎng)分輸入有利于高產(chǎn)策略微生物（Y-strategists）生長(zhǎng)，增加了葡萄糖衍生的SOC積累。微生物生物量和磷脂脂肪酸（PLFA）中檢測(cè)到較高豐度的13C，且土壤凈碳平衡增加（從0.76提高至1.20g C kg-1 soil）；而低量葡萄糖添加伴隨著NPS養(yǎng)分輸入使資源獲取策略微生物（A-strategists）占據(jù)主導(dǎo)地位，革蘭氏陽(yáng)性菌的PLFA中含有13C，N-和P-水解酶的活性增加，增加了SOC的礦化，因此，土壤凈碳平衡降低（從0.31降至0.01 g C kg-1 soil）。高碳輸入（即500%的土壤MBC），尤其在低N:P:S計(jì)量比之下，通過(guò)負(fù)激發(fā)效應(yīng)和微生物衍生的碳積累，增加了土壤有機(jī)碳積累，這是由于微生物向Y-策略群落的轉(zhuǎn)變可以有效利用資源。該研究強(qiáng)調(diào)了在水稻土施用有機(jī)肥時(shí)，也應(yīng)考慮礦質(zhì)施肥管理對(duì)促進(jìn)微生物周轉(zhuǎn)和固碳的重要性。
該項(xiàng)研究近期以Stoichiometric regulation of priming effects and soil carbon balance by microbial life strategies為題發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。相關(guān)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和亞熱帶生態(tài)所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等的資助。
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