原名：Mapping soil microbial residence time at the global scale

譯名：繪制全球土壤微生物存活時(shí)間圖

期刊：Global Change Biology

通訊作者：徐小鋒

通訊作者單位：美國圣地亞哥州立大學(xué)

原文鏈接:  https:///10.1111/gcb.15864

土壤微生物是土壤有機(jī)物礦化的最終驅(qū)動(dòng)因素，是異養(yǎng)呼吸(HR)的來源，占土壤呼吸的50%以上，HR是陸地生態(tài)系統(tǒng)第二大陸地碳通量。1990- 2014年，HR在土壤碳排放總量中所占比例增加了17%，因此微生物介導(dǎo)的土壤碳排放(微生物呼吸+根系呼吸)對(duì)大氣的貢獻(xiàn)越來越受到關(guān)注。土壤微生物停留時(shí)間(MRT)，即微生物在土壤中存活的時(shí)間。MRT決定了土壤有機(jī)碳的礦化，以異養(yǎng)呼吸的方式釋放碳，并在很大程度上促進(jìn)了陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳的外流。因此其對(duì)于評(píng)估陸地C循環(huán)-氣候反饋具有重要意義。 

作者從232篇論文中檢索到的2627個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括9個(gè)生物群落(即寒帶森林、溫帶闊葉林、溫帶針葉林、熱帶/亞熱帶森林、草原、灌木林地、裸地/荒漠、天然濕地和農(nóng)田)(圖1)。基于基礎(chǔ)呼吸和微生物生物量C計(jì)算MRT。

圖1  本研究數(shù)據(jù)點(diǎn)的全球分布

表1  生物群落水平MRT

1. 各生物群系間的MRT差異較大(表1)。北方森林(65天)和草地(49天)的MRT最大，而天然濕地(11天)的MRT最小。在森林生物群落中，溫帶針葉林(34天)、溫帶闊葉林(24天)和熱帶/亞熱帶森林(23天)的MRT顯著小于北方森林。溫帶針葉林的MRT顯著大于溫帶闊葉林和熱帶/亞熱帶森林。溫帶闊葉林和熱帶/亞熱帶森林的MRT差異不顯著。農(nóng)田(16天)和灌叢(18天)的MRT差異不顯著。此外，使用不同Q10值對(duì)溫度進(jìn)行校正，結(jié)果顯示生物群系間的MRT模式相似(表1)。

圖2  氣候、植被、土壤性質(zhì)和土壤微氣候交互作用對(duì)MRT的影響

2. MRT受多個(gè)環(huán)境因素的影響。總體而言，氣候、植被、土壤微氣候變量和土壤性質(zhì)的廣義線性模型解釋了平均MRT的79.0%的變化(圖2)。土壤性質(zhì)是影響MRT的主要因素，其次是氣候、植被和土壤小氣候。土壤性質(zhì)解釋了平均MRT變異的59.7%。氣候、植被和土壤微氣候及其相互作用對(duì)MRT的貢獻(xiàn)率分別為46.0%、41.9%和35.1%。環(huán)境類群(10.28%)和氣候(10.24%)的復(fù)雜相互作用對(duì)MRT的解釋最為明顯，其次是土壤性質(zhì)、植被和氣候的相互作用(9.33%)。土壤小氣候?qū)RT的貢獻(xiàn)最小(0.43%)，氣候與土壤相互作用對(duì)MRT的貢獻(xiàn)最小(0.21%)。

圖3  微生物在表土中的MRT

3. 基于廣義線性模型的植被(NPP和Croot),土壤性質(zhì)(BD、土壤質(zhì)地、孔隙度、pH值、土壤C和TN),氣候(地圖和墊),土壤小氣候(SM和ST),和土壤微生物(MBC和MBN),作者繪制了全球表土的MRT圖(圖3)。本研究估計(jì)全球平均MRT為38天。MRT具有明顯的緯向生物地理分布格局，熱帶較低，北極較高。

綜上所述，本研究結(jié)果表明生物群落間的MRT存在顯著差異，其中北方森林和草原的MRT最大，而天然濕地的MRT最小。土壤性質(zhì)是決定MRT最重要的因素。此外，根據(jù)全球MRT地圖，估計(jì)全球MRT的平均時(shí)間為38天。全球MRT分布呈現(xiàn)較大的空間異質(zhì)性和明顯的緯向正趨勢(shì)。這項(xiàng)研究是首次嘗試在全球范圍內(nèi)繪制MRT地圖。MRT的生物地理學(xué)對(duì)于我們理解MRT的變化及其與環(huán)境因素的相關(guān)性具有重要意義。土壤MRT是控制微生物過程，進(jìn)而控制SOM分解和養(yǎng)分循環(huán)的重要參數(shù)。MRT的生物群落和全球尺度估計(jì)值可以作為微生物模型在氣候變化下模擬土壤C過程的基準(zhǔn)。