农学院杨改河教授团队在土壤碳分解及微生物机制方面取得新进展

近日，农学院杨改河教授团队在土壤碳分解及微生物驱动机制取得新进展，研究成果以“Microbial traits determine soil C emission in response to fresh carbon inputs in forests across biomes”和“Altered microbial CAZyme families indicated dead biomass decomposition following afforestation”为题分别在《Global Change Biology》和《Soil Biology & Biochemistry》上发表。青年教师任成杰副教授为两篇文章的第一作者，我校为第一署名单位。

土壤中储存着约2.4万亿吨碳，是陆地生态系统最大的碳库，其微小变化会引起大气CO2浓度的显著改变。因此，阐明土壤碳转化机制对于准确预测陆地碳循环与全球变化之间的反馈关系至关重要。然而，迄今为止，学术界尚未能全面解析气候、底物、土壤特性以及微生物属性等对有机碳分解的影响机制，特别是基于区域尺度还存在很大的研究空白。

基于此，研究团队沿3425 km的中国东部南北样带森林土壤开展大尺度取样，结合室内13C同位素标记实验、地球化学分析以及宏基因组测序等手段，揭示了土壤有机碳激发效应及微生物驱动机制。结果发现:土壤微生物碳分解基因是调控热带到寒冷温度地区土壤碳激发效应降低的关键因素，其作用超过了传统的植被、土壤和气候属性。并且在温带森林中，参与木质素和芳香等化合物降解的基因与有机碳激发呈负相关，而在热带/亚热带森林中，活性碳分解基因特别是注释β-葡萄糖苷酶的基因与有机碳激发呈正相关。在基因筛选基础上，首次重建了与有机碳激发相关的42基因集，并分选了部分参与碳分解的新物种。研究工作强调了土壤微生物机制对有机碳激发效应的关键调控作用，相关结果为模型预测全球变化背景下土壤碳库的动态变化提供了重要科技支撑。

另外，土壤微生物在参与碳分解的同时，也以微生物残体形式在土壤固存，促进碳库累积并影响土壤碳库的平衡。为此，研究团队以黄土高原45年来刺槐恢复序列土壤为研究对象，利用宏基因组测序技术，研究了土壤微生物碳水化合物活性酶（CAZyme）的趋势及其对不同来源死亡生物量分解的反应。结果表明：在植树恢复过程中降解植物和微生物残体的土壤微生物CAZyme家族显著增加，在恢复中期达到峰值。就土壤微生物残体成分而言，编码细菌残体（肽聚糖）的CAZymes的丰度大于编码真菌残体（几丁质和葡聚糖）的丰度，并且与微生物代谢活动密切相关，研究证实了植树恢复过程中土壤细菌死亡残体对土壤碳周转的重要性。上述发现在理论上拓展了土壤微生物调控碳固存的研究体系，在实践上为“双碳”背景下准确预测人工林恢复中土壤碳储量提供新的视角。

以上研究得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金及博士后项目等经费支持。

GCB： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16004

SBB： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071721002352

编辑：张晴

终审：徐海