科研|氣候梯度下土壤微生物多樣性影響激發效應：馬達加斯加案例
導讀
本篇論文通過土壤微生物和物理化學性質來評估氣候條件對激發效應產生機制的影響。結果發現這種機制受年平均溫度影響（MAT）。化學計量分解產生的激發效應存在於寒冷氣候條件下。相反，在溫暖氣候條件下，物質開採使激發效應增強。作者進一步提出了關於氣候變化對PE產生機制及土壤碳固定的相關假設。
論文ID
原名：Soil microbial diversity drives the priming effect along climate gradients: a case study in Madagascar
譯名：氣候梯度條件下土壤微生物多樣性對激發效應的影響：馬達加斯加案例探究
期刊：The ISME Journal
IF：9.267
發表時間：2017年
通信作者：Kanto Razanamalala
通信作者單位：馬達加斯加塔那那利佛放射同位素實驗室
實驗設計
這項研究的目的是確定氣候因素對微生物羣落礦化有機物的影響。土壤樣本以馬達加斯加為中心，沿溫度和降雨影響的氣候梯度進行取樣。小麥秸稈7天和42天時分別對潛在有機物礦化和PE進行測定，進而判斷年平均溫度和年平均降水量產生的影響，並對土壤的各項指標進行測定（圖1）。評估7天和42天小麥秸稈的土壤有機物（SOM）礦化能力，解釋PE的產生機制。
實驗內容
激發效應是指土壤中有機物添加後微生物會增加土壤有機物的礦化作用。基於文獻綜述Fontaine等人提出PE可以通過兩種不同的機制產生，分別以"化學計量分解理論」和「營養採礦理論」命名。全球變暖後研究者懷疑PE會增加有機物礦化。
1、土壤理化性質
高海拔地區的特點是粘土含量較高。海拔高度與年平均溫度呈強負相關性，這些土壤的體積容重、pH值和陽離子交換能力（CEC）數值均較低。粘土含量、pH值和鐵氧化物與平均年降水量（MAP）呈正相關，MAP與含沙量、土壤碳氮比和有效磷呈負相關。PCA的第一軸佔總方差的38％以上，由MAT影響，而第二軸僅佔總方差的14％，主要受MAP影響（圖2）。
2、細菌和真菌羣落的丰度及多樣性
使用2g凍乾土樣提取微生物DNA，使用從土樣中提取的DNA量化來估計每個樣品中的「微生物分子生物量」（MMB）。對提取的DNA分別進行細菌和真菌的PCR定量，從而評估真菌與細菌的比率（F：B）。來自熱帶草原的微生物羣落F：B比率範圍為0.02至0.21。主要細菌門為變形菌、浮黴菌、酸桿菌，放線菌和綠灣菌，主要真菌門為子囊菌和擔子菌（圖2）。未知序列分別佔總細菌和真菌序列的16％和6％。MAP只與綠灣菌呈正相關，而與放線菌呈負相關。
3、碳的礦化
考慮到所有採樣點，PE的基礎呼吸範圍在-15到130％之間（圖3）。基礎呼吸沒有隨時間改變，但與MAT呈相關性（表1）。兩個時間點的基礎呼吸與土壤粘土及三水鋁石含量、碳氮磷含量和碳氮比呈正相關(表2)。秸稈礦化在7天時與MAP呈強負相關性，在42天時與MAT呈正相關。秸稈礦化7天時與土壤有效磷含量呈正相關，與pH值和氧化鐵含量呈負相關，與礦物氮呈正相關。在第42天，秸稈礦化主要受堆積密度和沙粒百分比的影響，同時受初始土壤濕度，氧化鐵和碳氮含量影響。7天樣本的PE與土壤中的三水鋁石、土壤碳氮含量和碳氮比呈正相關，而在42天時觀察到相反關係，但關係並不明顯。秸稈礦化與7天時的厚壁菌、放線菌以及42天時的放線菌等呈正相關。PE與未知細菌，綠灣菌和酸桿菌GP4呈正相關。並沒有真菌與任何碳礦化活性呈強相關性
實驗結論
結果綜合分析後發現在馬達加斯加的鐵鋁土中，新鮮植物殘渣的分解受土壤參數、胞外酶活性及特殊分解者等因素影響（圖4）。所有這些生物和非生物因素由年降水量和土壤質地決定，導致在炎熱和乾旱氣候條件下沙土中新有機物（FOM）礦化量最高。在較冷和較潮濕氣候條件下的粘性土壤中，FOM分解效率較低促進高質量SOM的積累。年平均氣溫也是PE的主要氣候影響因素。因此，SOM促進由「化學計量學理論」機制產生的PE增加，而氣候溫暖的地點會促進由「營養採礦理論」產生的PE
點評
在全球氣候變暖的條件下，作者通過實驗驗證不同氣候條件下土壤微生物多樣性對激發效應的影響，這將有益於土壤的碳固定。該實驗以馬達加斯加為例，設計思路嚴謹，測序全面，能夠很好的反應各個樣品的微生物多樣性，為以後在其他地域進行相關研究奠定基礎。有興趣的朋友可以通過點擊下方閱讀原文進行閱讀。
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