SBB綜述|土壤微生物生物量和碳分解酶活性對降水變化的差異響應

2021-02-15 生態學者

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  Introduction  

氣候變化引起的降水變化將影響陸地生態系統的植物生長和生物地球化學循環等生態系統過程。有機碳的濃度主要受植物碳輸入和損失之間的平衡控制，而降水操縱實驗中的這種複雜聯繫在很大程度上受到微生物酶活性的影響。微生物對有機碳的分解主要是通過產生降解碳的胞外酶(EEAs)來實現。微生物酶被認為是有機碳分解的最直接因素和限速步驟。此外，微生物活性和微生物胞外酶活性(EEAs)對溫度和溼度的變化很敏感，因為由於乾燥土壤孔隙連通性減弱，微生物遷移到可用基質的能力受到限制。所以深入了解微生物活動和不同類型碳降解EEAs對模擬降水機制的響應，對於闡明土壤碳動態的潛在機制至關重要。

  Methods  

作者共收集包含土壤微生物生物量123項研究，土壤碳降解酶活性47項研究，均位於北半球。

  Results  

降水變化對地下碳有顯著影響。降水增加顯著提高了土壤有機碳( 3.03%)、DOC (13.44%)、土壤呼吸(16.68%)和微生物呼吸(47.55%)。

降水變化對土壤微生物量有顯著影響。降水減少導致土壤微生物量顯著減少11.61%，降水增加顯著增加土壤微生物量16.18%。

土壤氧化酶(Ox-EEAs)和水解酶(Hy-EEAs)也顯著受到降水變化的影響。降水的減少導致土壤Ox-EEAs平均下降10.99%， Hy-EEAs平均增加25.79%。但降水增加對Hy-EEAs沒有影響，增加了Ox-EEAs。

森林土壤微生物生物量因降水減少而顯著下降15.17%，而灌叢和草地則無顯著影響；降水增加顯著增加了灌叢和草地土壤微生物生物量，分別增加了26.98%和18.1%；降水減少顯著提高了森林和草地土壤Hy-EEAs，分別提高了27.33%和45.81%；而降水增加對森林和草地的Hy-EEAs無顯著影響。結果表明，降水減少顯著抑制了土壤的Ox-EEAs(11.09%)，降水增加顯著提高了土壤的Ox-EEAs(6.28%)。

在低降雨地區(≤600毫米),降水顯著增加土壤微生物生物量增加了21.40%，但降水減少對土壤微生物量影響不大。在高降雨地區(>600 mm)中，降水減少顯著減少土壤微生物量15.37%，降水增加對土壤微生物量影響不大。

土壤水分的響應比(RRs)與土壤微生物生物量的響應比(RRs)呈正相關，與土壤C降解EEAs的響應比(RRs)也顯著相關。

降水減少和降水增加條件下，土壤微生物生物量RRs均隨著MAP的增加而顯著降低。

降水改變引起的土壤微生物生物量變化與地下碳(包括SR和SOC)呈正相關。土壤Ox-EEAs的RRs與SR的RRs呈負相關，但與DOC和SOC的RRs呈正相關。土壤Hy-EEAs的RRs與土壤SOC的RRs呈負相關。

  Conclusion  

總的來說，降水增加顯著提高了土壤微生物生物量和Ox-EEAs，而對Hy-EEAs無影響。降水減少顯著抑制了土壤微生物生物量和Ox-EEAs，而提高了Hy-EEAs。這些變化趨勢受土壤水分、植被類型和地圖變化的控制。土壤微生物生物量和經濟區的微分響應改變降水可能取決於年平均降雨。此外，土壤微生物生物量與碳降解EEA和地下碳動態的顯著關係表明，在模擬降水變化下，土壤有機碳分解響應不同。其中，Ox-EEAs與地下C表現出密切的關係，表明土壤中大量的頑固C可能對降水變化非常敏感。本研究為理解降水變化對地下碳動態的影響提供了對土壤微生物和EEAs的新認識。

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