土壤是陆地生态系统最大的碳库，微生物群落及其残体积累对土壤有机碳的形成和稳定至关重要。母质是土壤形成的第二大因素，其矿物组成及风化能力可以通过土壤性质影响其发育土壤的微生物群落特征和功能多样性。然而，不同母质背景下土壤碳氮磷化学计量关系、微生物群落结构功能的构建机制及其对有机碳固存的影响仍不明确。探究不同母质土壤微生物群落特征对土壤性质和植被输入的响应，及其对有机碳固存的影响机制，对气候变化背景下土壤碳汇功能预测与管理具有重要意义。基于海南全岛的生态地质调查，结合土壤基本理化性质、微生物高通量测序、微生物功能酶活性、生物标识物等指标测定和整合分析等手段，中国科学院沈阳应用生态研究所生态系统微生物学组在不同母质土壤微生物群落特征及其对有机碳固存的影响机制方面取得如下进展。

图1 采样点分布及典型采样点位示例图

（1）揭示了不同母质土壤碳氮磷化学计量关系的主控因子。对海南岛橡胶园不同母质土壤的研究表明，不同母质土壤全量和速效土壤碳氮和氮磷比差异显著。玄武岩母质土壤全磷含量最高，总氮磷比最低。然而，由于玄武岩母质土壤的速效氮含量较高，其速效氮磷比显著高于海相沉积物母质土壤。表明橡胶园玄武岩母质土壤磷的有效性较低，海相沉积物发育土壤有效氮相对缺乏，建议玄武岩母质土壤应提高磷的有效性，并为海相沉积物土壤补充速效氮，以平衡海南岛橡胶园的养分供应。上述研究成果以Soil total and available C: N: P stoichiometry among different parent material soil profiles in rubber plantations of Hainan Island, China为题于2024年1月发表在 Geoderma Regional期刊。

图2 不同母质和深度土壤全量及速效碳、氮、磷计量比

（2）解析了不同母质土壤微生物群落组成和功能的构建机制。橡胶园不同母质土壤细菌群落构建由同质选择、扩散限制和漂变过程主导。玄武岩母质土壤较低的 pH 值和较高的水分条件下，细菌群落构建过程以同质选择为主，群落周转率低，多样性降低，但碳和氮转化酶活性较高。随着确定性构建过程的比例降低、随机过程的比例增加，细菌群落多样性显著增加。在海相沉积物母质土壤中，水分、有机碳和速效氮含量较低，细菌群落扩散受限，多样性增加，微生物分泌氧化酶利用相对难分解底物的能力增强。不同母质土壤中细菌群落组成与酶相关功能的相关分析表明，r 策略拟杆菌门和鞘氨醇单胞菌、芽孢杆菌、弧菌属和苍白杆菌属促进微生物物质转化功能，而 k 策略酸杆菌门、疣微菌门和热酸菌属、伯克霍尔德氏菌-卡巴拉氏菌-拟伯克霍尔德氏菌属、HSB OF53-F07 与微生物功能呈负相关。上述研究成果以Parent material influences soil properties to shape bacterial community assembly processes, diversity, and enzyme-related functions为题于2024年3月发表在Science of The Total Environment期刊。

图3 母质通过土壤性质影响微生物群落构建及功能概念图

（3）阐明了母质和植被对剖面土壤微生物群落及其残体贡献有机碳的双向影响。与其他植被类型相比，橡胶园土壤微生物生物量呈现出更高的趋势，土壤微生物经过生长-死亡迭代积累的微生物死亡残体量显著高于其他植被土壤。研究区热带气候条件下，微生物物质循环较快，植被通过残体输入作为微生物底物对微生物残体积累的影响主要集中于 0–40 cm 上层土壤。玄武岩母质发育的粘质土壤中，粘粒级矿物可有效保护微生物死亡残体与 土壤有机碳，促进其积累。玄武岩母质土壤细菌在微生物群落结构及残体积累中占主导地位，其对有机碳的贡献显著高于其他母质土壤。由于真菌偏好较砂的土壤环境，花岗岩和海相沉积物母质发育的砂质土壤中，真菌主导微生物群落及其死亡残体积累。不同母质土壤质地差异显著影响真菌与细菌的生物量和死亡残体的相对变化，从而影响真菌和细菌死亡残体碳对土壤剖面有机碳的贡献。上述研究成果以Toward soil carbon storage: The influence of parent material and vegetation on profile-scale microbial community structure and necromass accumulation 为题于2024年3月发表在Soil Biology and Biochemistry期刊。以上研究可为橡胶园养分管理及热带地区土壤碳固存机制理解与碳汇功能提升提供重要理论依据。

图4 不同母质土壤质地变化决定了真细菌的相对优势及其残体碳对有机碳固存的贡献概念图

沈阳应用生态研究所博士生李玉珠为上述系列文章的第一作者，通讯作者包括鲍雪莲副研究员、梁超研究员、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所唐世新高级工程师，合作者还有哥本哈根大学Carsten Mueller教授、海南大学葛成军教授、中国科学院生态环境研究中心肖可青研究员和沈阳应用生态所解宏图研究员、吕晓涛研究员、何红波研究员等。以上研究得到中国地质调查局地质调查项目（DD20190305）、国家自然科学基金重点项目（31930070、32241037）、海南省科技人才创新项目（KJRC2023C12）、国家留学基金委联合培养博士项目（202104910274）等项目的支持。

#1论文链接：https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2024.e00765   

#2论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172064   

#3论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109399