科研|气候梯度下土壤微生物多样性影响激发效应：马达加斯加案例
导读
本篇论文通过土壤微生物和物理化学性质来评估气候条件对激发效应产生机制的影响。结果发现这种机制受年平均温度影响（MAT）。化学计量分解产生的激发效应存在于寒冷气候条件下。相反，在温暖气候条件下，物质开采使激发效应增强。作者进一步提出了关于气候变化对PE产生机制及土壤碳固定的相关假设。
论文ID
原名：Soil microbial diversity drives the priming effect along climate gradients: a case study in Madagascar
译名：气候梯度条件下土壤微生物多样性对激发效应的影响：马达加斯加案例探究
期刊：The ISME Journal
IF：9.267
发表时间：2017年
通信作者：Kanto Razanamalala
通信作者单位：马达加斯加塔那那利佛放射同位素实验室
实验设计
这项研究的目的是确定气候因素对微生物群落矿化有机物的影响。土壤样本以马达加斯加为中心，沿温度和降雨影响的气候梯度进行取样。小麦秸秆7天和42天时分别对潜在有机物矿化和PE进行测定，进而判断年平均温度和年平均降水量产生的影响，并对土壤的各项指标进行测定（图1）。评估7天和42天小麦秸秆的土壤有机物（SOM）矿化能力，解释PE的产生机制。
实验内容
激发效应是指土壤中有机物添加后微生物会增加土壤有机物的矿化作用。基于文献综述Fontaine等人提出PE可以通过两种不同的机制产生，分别以"化学计量分解理论」和「营养采矿理论」命名。全球变暖后研究者怀疑PE会增加有机物矿化。
1、土壤理化性质
高海拔地区的特点是粘土含量较高。海拔高度与年平均温度呈强负相关性，这些土壤的体积容重、pH值和阳离子交换能力（CEC）数值均较低。粘土含量、pH值和铁氧化物与平均年降水量（MAP）呈正相关，MAP与含沙量、土壤碳氮比和有效磷呈负相关。PCA的第一轴占总方差的38％以上，由MAT影响，而第二轴仅占总方差的14％，主要受MAP影响（图2）。
2、细菌和真菌群落的丰度及多样性
使用2g冻干土样提取微生物DNA，使用从土样中提取的DNA量化来估计每个样品中的「微生物分子生物量」（MMB）。对提取的DNA分别进行细菌和真菌的PCR定量，从而评估真菌与细菌的比率（F：B）。来自热带草原的微生物群落F：B比率范围为0.02至0.21。主要细菌门为变形菌、浮霉菌、酸杆菌，放线菌和绿湾菌，主要真菌门为子囊菌和担子菌（图2）。未知序列分别占总细菌和真菌序列的16％和6％。MAP只与绿湾菌呈正相关，而与放线菌呈负相关。
3、碳的矿化
考虑到所有采样点，PE的基础呼吸范围在-15到130％之间（图3）。基础呼吸没有随时间改变，但与MAT呈相关性（表1）。两个时间点的基础呼吸与土壤粘土及三水铝石含量、碳氮磷含量和碳氮比呈正相关(表2)。秸秆矿化在7天时与MAP呈强负相关性，在42天时与MAT呈正相关。秸秆矿化7天时与土壤有效磷含量呈正相关，与pH值和氧化铁含量呈负相关，与矿物氮呈正相关。在第42天，秸秆矿化主要受堆积密度和沙粒百分比的影响，同时受初始土壤湿度，氧化铁和碳氮含量影响。7天样本的PE与土壤中的三水铝石、土壤碳氮含量和碳氮比呈正相关，而在42天时观察到相反关系，但关系并不明显。秸秆矿化与7天时的厚壁菌、放线菌以及42天时的放线菌等呈正相关。PE与未知细菌，绿湾菌和酸杆菌GP4呈正相关。并没有真菌与任何碳矿化活性呈强相关性
实验结论
结果综合分析后发现在马达加斯加的铁铝土中，新鲜植物残渣的分解受土壤参数、胞外酶活性及特殊分解者等因素影响（图4）。所有这些生物和非生物因素由年降水量和土壤质地决定，导致在炎热和干旱气候条件下沙土中新有机物（FOM）矿化量最高。在较冷和较潮湿气候条件下的粘性土壤中，FOM分解效率较低促进高质量SOM的积累。年平均气温也是PE的主要气候影响因素。因此，SOM促进由「化学计量学理论」机制产生的PE增加，而气候温暖的地点会促进由「营养采矿理论」产生的PE
点评
在全球气候变暖的条件下，作者通过实验验证不同气候条件下土壤微生物多样性对激发效应的影响，这将有益于土壤的碳固定。该实验以马达加斯加为例，设计思路严谨，测序全面，能够很好的反应各个样品的微生物多样性，为以后在其他地域进行相关研究奠定基础。有兴趣的朋友可以通过点击下方阅读原文进行阅读。
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