植被演替過程中土壤水分變化對土壤微生物代謝的調(diào)控過程

干旱半干旱地區(qū)占陸地生態(tài)系統(tǒng)的三分之一以上，因其水分虧缺而受到廣泛的關(guān)注。前期大量研究表明這些地區(qū)水分的虧缺會嚴(yán)重影響植被的生長和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。因此，土壤水分成為干旱半干旱地區(qū)植被碳匯效應(yīng)的關(guān)鍵限制因子。土壤碳的固存不僅取決于植物，也取決于土壤微生物的代謝。然而，目前對于土壤水分虧缺是如何影響地下微生物的代謝這一關(guān)鍵科學(xué)問題仍不清楚。特別是對于植被恢復(fù)過程中，地下微生物代謝如何響應(yīng)地上植被的演替以及對土壤養(yǎng)分循環(huán)的影響機(jī)制缺乏深入研究?；诖耍袊茖W(xué)院水利部水土保持研究所土壤化學(xué)研究團(tuán)隊選擇黃土高原子午嶺林區(qū)觀測點，采集7個植被演替階段（0-150年）的植物和土壤樣品。利用酶計量學(xué)手段和養(yǎng)分限制模型研究了土壤微生物代謝限制特征和植被養(yǎng)分限制狀況，以及環(huán)境因子對微生物代謝限制的影響機(jī)制。結(jié)果表明，在整個植被演替過程中，微生物代謝都受到土壤低磷的限制，而植被生長僅在演替后期（60-150年）受到低磷的限制。微生物代謝在植被演替35年的階段受到最小磷限制，而在130年的階段受到最大磷限制。土壤水分隨著演替年限的增加是決定微生物和植物磷限制的共同驅(qū)動因素。在水分的驅(qū)動下，微生物碳代謝在演替過程中也產(chǎn)生了獨特的變異模式：即植被演替0-150年過程中呈單峰變化模式，在100年演替階段碳限制最大。此外，微生物碳代謝又決定了微生物碳的利用效率（CUE），即碳限制越強(qiáng)，CUE越小，這表明在植被演替后期增大的CUE有助于土壤碳的累積。該研究揭示了半干旱區(qū)植被演替過程中土壤水分對微生物代謝的調(diào)控作用，這對深刻理解土壤-植物系統(tǒng)中地下群落代謝對養(yǎng)分循環(huán)的影響具有重要意義。

感謝中國科學(xué)院水利部水土保持研究所崔勇興博士供稿，本研究為土壤化學(xué)研究團(tuán)隊成果。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項（XDB40020202）、國家自然科學(xué)基金（41330852和41571314）和中科院“西部之光”項目（XAB2016A03）等項目資助。

論文以"Soilmoisturemediatesmicrobialcarbonandphosphorusmetabolismduringvegetationsuccessioninasemiaridregion"為題，發(fā)表