植物碳传输和土壤碳转化：基于碳氮资源的模型试验

土壤有机碳（SOC）远远超过大气中的二氧化碳含量。在气候改变条件下，温度是土壤碳库大小和稳定性变化的主要因素。然而，微生物有机碳（LOC）和溶解性氮（DN）是微生物群落的关键资源。 这些资源调控植物碳的微生物传输和土壤碳转化。所有碳呼吸都受LOC和N的影响，但它们的相互关系并不知道。SOC动态模型（例如，CENTURY）缺乏生物现实意义和预测能力。我们进行对凋落物、几种不同分解性的有机物质、和SOC本身的LOC和DN输入和输入比率的调控实验。通过稳定同位素示踪技术，解释呼出二氧化碳的不同来源。另外，运用现代技术找出控制碳转化过程的微生物群落。这个项目的结果将是我国对地球碳循环前所未有的理解，为下一代SOC模型提供至关重要的依据。气候变化也影响植物群落，昆虫侵染和植物病害。这些变化严重影响LOC和DN对土壤。气候变化对全球性碳循环影响SOC的生物学特性，不仅是温度。

传统的观点认为，对于土壤有机质的分解，异养分解者（主要是细菌和真菌）自身C:N:P比率必须接近于自养生物的C:N:P比率，即106：16：1。而这些异养分解者是通过氧化其环境中含碳化合物来获得自身生命活动所需要的能量，这也就意味着，异养分解者所需元素C:N:P的比率应大于其自身的C:N:P比率。为了证明该假说，我们在云南省哀牢山自然保护区，采集了四种分解底物：矿质土、腐殖质土、地上凋落物树叶和木头，开展了实验。对于每一种底物，我们分别添加不同比率的C:N:P溶液进行室内培养，作为实验组，而对照组只添加水溶液。其中添加的N分为铵态氮和硝态氮两种，C为葡萄糖，P为磷酸盐。为了能够证实微生物生命所需的营养元素C:N:P比率与其自身细胞结构C:N:P比率不同，所以本实验中添加的CNP溶液的比率的幅度是以微生物自身的Redfield Ratio为中心，上下有较大浮动的。我们用红外线分析仪测量实验组及对照组的不同底物分解释放CO2的速率，计算CO2释放量；并用13C同位素标记方法和碱液吸收法捕捉释放的CO2进行同位素质谱仪分析，以此来区分释放的CO2中碳的来源，即，区分其是来自于底物本身还是添加的葡萄糖。结果表明，（1）C元素的添加量显著影响这四种底物的净CO2释放量，但是N和P元素的添加量所起的作用不明显；（2）营养元素的添加量所引起的效应强于元素的添加比率所起的作用；（3）两种形式的氮对微生物分解底物的作用有相反的作用，即铵态氮引起负激发效应，硝态氮引起正激发效应，然而在以往大多数的研究中，研究者通常将这两种形式的氮混合一同添加，并未将两者分开单独添加，所以一直没能发现此现象。我们的实验证实了有机质的分解速率强烈受C元素的数量和N元素的存在形式（铵态氮或硝态氮）。而不同的生态系统，具有不同的可利用性NH4+/NO3-比值，并且提供不同数量的活性碳供微生物利用，这给我们暗示，在全球尺度上，不同生态系统中有机质的分解速率也很可能受这些因素的影响。虽然我们的研究近局限于一个地区，不敢妄下这种结论，但是本研究对我们未来的研究具有很大的启迪作用。