华南植物园揭示长期酸雨背景下土壤团聚体介导微生物对有机碳累积及稳定性的影响机制

　　

????随着工业化的快速发展，酸雨仍然是全球范围内不可忽视的环境问题之一。近二十年来，我国华南地区酸雨的持续影响，导致土壤酸化日益严重，这也将极大地改变森林土壤中微生物群落结构组成，最终对土壤碳储存产生影响。然而，对于在某种程度上决定土壤碳累积及稳定性的土壤团聚体，长期酸雨背景下其粒径大小分布规律以及如何介导微生物对土壤有机碳累积和养分元素循环产生影响的相关研究仍然缺乏。

????基于鼎湖山季风常绿阔叶林为期10年的模拟野外酸雨实验发现，长期酸雨处理显著抑制了土壤微生物活性，特别是降低了细菌和真菌的丰度，并导致碳分解相关的酶活性下降。相反，与磷和氮矿化相关的酶活性及其酶化学计量比值在长期酸雨影响下却显著增加。研究还发现，长期酸雨处理还导致了土壤团聚体粒径分布的明显变化，表现为大粒径团聚体向小粒径团聚体转化的趋势（图1）。然而，不同粒径土壤团聚体中微生物群落对酸雨处理的响应存在差异，倾向于寄居在大团聚体（macroaggregate（> 2000 μm））中的细菌群落比其他微生物群落更容易受酸雨处理的影响，而倾向于寄居在微团体（microaggregate（< 250 μm））中的真菌群落对酸雨处理的敏感性高于其他微生物群落。另一方面，酸雨处理对碳分解相关酶活性的抑制同样受土壤团聚体粒径大小和微生物群落分布的影响（图2），如大团聚体中与细菌群落密切相关的β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）活性下降尤为明显，而与真菌群落密切相关的酚氧化酶（PhOx）和过氧化物酶（Perox）活性则在微团聚体中受到显著抑制。

????该研究表明，长期酸雨处理下大粒径团聚体向小粒径团聚体的转化以及微生物活性的抑制，加上惰性组分碳分解相关的氧化酶活性在小粒径团聚体中的显著下降，可能会减缓森林土壤有机碳，特别是惰性组分有机碳的分解速率，从而提高了有机碳的稳定性并延缓了其在土壤中的滞留时间，促进了土壤有机碳的储存和累积。然而，这一过程也加剧了土壤养分的失衡，特别是磷的限制。

????相关成果已近期发表在土壤学领域Top期刊Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物学与生物化学》）（IF2023-2024=9.8）上。广东省科学院广州地理研究所吴建平副研究员（鼎湖山站博士毕业生）为该论文第一作者，华南植物园张德强研究员和邓琦研究员为共同通讯作者，该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和广东省自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109544

图1. 模拟酸雨处理下土壤有机碳含量（a）以及不同粒径团聚体质量百分比的变化规律

图2. 不同粒径土壤团聚体中微生物群落和酶活性之间的冗余分析