本網(wǎng)訊 近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院森林土壤生態(tài)與全球變化課題組在中科院一區(qū)top期刊Catena發(fā)表題為“Soil microbial respiration in forest ecosystems along a north-south transect of eastern China: Evidence from laboratory experiments”的科研論文，系統(tǒng)闡述了土壤微生物呼吸沿中國東部南北樣帶的空間異質(zhì)性及其調(diào)控因子。

土壤異養(yǎng)呼吸（微生物呼吸）是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程中最重要的循環(huán)過程之一，每年將約60Pg的土壤碳以CO2形式釋放到大氣中。由于CO2是溫室氣體的主要成分，因此土壤微生物呼吸的強(qiáng)度與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯強(qiáng)度以及全球氣候變暖現(xiàn)象均緊密相關(guān)。目前，大量站點(diǎn)尺度的研究已經(jīng)極大地豐富了我們對土壤微生物呼吸的規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制的認(rèn)知。然而，在更大的空間尺度上，土壤微生物呼吸的空間變化及其機(jī)制尚不清楚，限制了我們對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及其對氣候變化的反饋的估算。

針對這一問題，林學(xué)與園林學(xué)院森林土壤生態(tài)與全球變化課題組開展了一項(xiàng)以中國東部跨度達(dá)4200km的南北森林樣帶土壤為對象，基于其各自年平均溫度為基礎(chǔ)的室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，以揭示土壤微生物呼吸的空間變異特征。

研究發(fā)現(xiàn)：微生物呼吸與緯度之間呈單峰型關(guān)系，在32°N附近達(dá)到峰值，這恰好與亞熱帶和溫帶森林交錯帶相重合。氣候、土壤理化性質(zhì)和土壤微生物特征能夠解釋樣帶尺度上微生物呼吸總變異量的56.1%，而在熱帶亞熱帶與溫帶區(qū)域則分別解釋變異量的77.4%和34.6%。土壤理化性質(zhì)在控制微生物呼吸變化方面始終體現(xiàn)出較強(qiáng)的重要性。其中，土壤有機(jī)碳是調(diào)節(jié)樣帶尺度土壤微生物呼吸變異的最重要因子，然而，其重要性在熱帶亞熱帶地區(qū)明顯降低。在熱帶亞熱帶森林中，年平均溫度成為指示微生物呼吸的最佳指標(biāo)，而在溫帶地區(qū)，土壤有機(jī)碳與總氮含量共同調(diào)節(jié)土壤微生物呼吸的變化。

圖 1 中國南北樣帶尺度上（a）所有森林，（b）闊葉林，（c）針葉林和（d）混交林土壤微生物呼吸沿緯度的空間格局。

圖 2 氣候、土壤理化性質(zhì)和微生物特征在解釋（a）樣帶尺度，（b）熱帶亞熱帶和（c）溫帶森林土壤微生物呼吸方面的方差分解分析。

圖3分析展示了氣候因子、土壤理化性質(zhì)和微生物特性對（a）樣帶尺度，（b）熱帶亞熱帶森林和（c）溫帶森林土壤微生物呼吸的直接和間接影響，以及預(yù)測因子在（d）樣帶尺度，（e）熱帶亞熱帶和（f）溫帶森林土壤微生物呼吸的直接和間接的標(biāo)準(zhǔn)化。

總體來看，本研究結(jié)果闡明了土壤微生物呼吸隨緯度呈非線性分布，并揭示了不同氣候區(qū)中控制土壤微生物呼吸的因素和機(jī)制的差異。這些發(fā)現(xiàn)將有助于提高我們在地球系統(tǒng)模型中預(yù)測土壤CO2通量的準(zhǔn)確性，極大地推動陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的研究，服務(wù)于國家“碳中和”總體行動目標(biāo)。

（胡先業(yè) 通訊員：楊利梅）

（注：林學(xué)與園林學(xué)院田鵬副教授，中科院沈陽生態(tài)所博士生趙學(xué)超為本文的共同第一作者，王清奎教授為通訊作者。）

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105980