論文類型：綜述
引用文本：張彬, 陳奇, 丁雪麗, 等. 微生物殘?bào)w在土壤中的積累轉(zhuǎn)化過程與穩(wěn)定機(jī)理研究進(jìn)展. 土壤學(xué)報(bào), 2022, 59(6): 1479-1491.

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ZHANG Bin, CHEN Qi, DING Xueli, et al. Research Progress on Accumulation, Turnover and Stabilization of Microbial Residues in Soil. Acta Pedologica Sinica, 2022, 59(6): 1479-1491.

摘要

近年來，關(guān)于微生物殘?bào)w在土壤有機(jī)質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化過程中的作用越來越受到研究者的關(guān)注。土壤有機(jī)質(zhì)中微生物殘?bào)w的數(shù)量和組成比例變化與土壤有機(jī)質(zhì)的形成、容量大小及周轉(zhuǎn)特征密切相關(guān)。對(duì)目前土壤微生物殘?bào)w研究方面的相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行了梳理和總結(jié)，在明確土壤微生物殘?bào)w的來源及其重要性的基礎(chǔ)上，（1）介紹了土壤微生物殘?bào)w定量和轉(zhuǎn)化的表征方法，（2）闡述了微生物殘?bào)w在土壤有機(jī)質(zhì)積累轉(zhuǎn)化過程中的作用及其主要影響因素，（3）探討了微生物殘?bào)w在土壤中的穩(wěn)定機(jī)制，（4）提出了微生物通過同化代謝作用驅(qū)動(dòng)細(xì)胞殘?bào)w積累進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累和穩(wěn)定過程中亟待探討的科學(xué)問題。期望為進(jìn)一步探究陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)與微生物過程的相互作用機(jī)理提供一定的思考。

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前言

（1）微生物可通過礦化作用將SOM分解并釋放CO2至大氣中，也能通過同化作用將SOM轉(zhuǎn)化為自身組分，并在其死亡后以微生物殘?bào)w的形態(tài)在土壤中積累。

（2）土壤微生物碳泵理論核心是微生物通過細(xì)胞生長(zhǎng)、數(shù)量增殖和死亡積累等連續(xù)迭代過程產(chǎn)生大量細(xì)胞殘?bào)w，對(duì)土壤碳固存具有重要作用。
正文

1. 土壤微生物殘?bào)w的來源及其重要性

（1）微生物參與SOM的積累轉(zhuǎn)化過程很大程度上是微生物增殖-代謝-死亡周轉(zhuǎn)的連續(xù)累積效應(yīng)的體現(xiàn)。

（2）微生物生長(zhǎng)代謝過程中不斷積累和破碎的細(xì)胞壁物質(zhì)是微生物殘?bào)w的重要來源，也是微生物來源有機(jī)質(zhì)的重要貢獻(xiàn)者。

2. 土壤微生物殘?bào)w定量和轉(zhuǎn)化的表征方法

2.1. 土壤微生物殘?bào)w定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)

微生物殘?bào)w研究中的生物標(biāo)識(shí)物主要包括氨基酸、蛋白質(zhì)、磷脂、DNA及細(xì)胞壁組分氨基糖。土壤氨基糖是微生物細(xì)胞壁的重要組分，在微生物細(xì)胞死亡后能夠穩(wěn)定存在于土壤基質(zhì)中，可為微生物殘?bào)w的積累動(dòng)態(tài)提供有效的指示作用。目前有四種氨基糖可被提取并量化，包括氨基葡萄糖、氨基半乳糖、氨基甘露糖和胞壁酸。通常用氨基葡萄糖與氨基半乳糖的比例以及氨基葡萄糖與胞壁酸的比例來表征不同微生物群落（真菌與細(xì)菌）在SOM積累和養(yǎng)分循環(huán)中的相對(duì)貢獻(xiàn)。

2.2. 土壤微生物殘?bào)w轉(zhuǎn)化的表征方法

（1）氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)機(jī)技術(shù)（gas chromatography mass spectrometry，GC-MS）研究外援標(biāo)記底物進(jìn)入氨基糖的富集轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)。

（2）氣相色譜-燃燒-同位素比例質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（gas chromatography-combustion isotopic ratio mass spectrometry，GC-C-IRMS）也可進(jìn)行自然豐度或人工標(biāo)記13C底物添加條件下氨基糖δ13C的測(cè)定，用于評(píng)價(jià)微生物參與碳轉(zhuǎn)化及微生物死亡殘?bào)w介導(dǎo)的有機(jī)碳截獲的研究中。

（3）陰離子交換高效液相色譜法（high-performance anion-exchange liquid chromatography，HPAE-LC-IRMS）。

3. 微生物殘?bào)w在SOM中的累計(jì)轉(zhuǎn)化及其影響因素

微生物殘?bào)w在土壤中的形成、積累和轉(zhuǎn)化受到內(nèi)部自身因素和外界環(huán)境因子的顯著影響，明確影響微生物殘?bào)w積累轉(zhuǎn)化的主要作用因子有助于提升對(duì)微生物參與的SOM形成和穩(wěn)定化過程的理解與調(diào)控。

隨著新陳代謝作用的改變，以真菌幾丁質(zhì)和細(xì)菌肽聚糖為代表的微生物細(xì)胞壁殘?bào)w在土壤中的含量會(huì)不斷發(fā)生改變，進(jìn)而影響微生物殘?bào)w的積累動(dòng)態(tài)及其對(duì)有機(jī)質(zhì)庫(kù)的貢獻(xiàn)。

3.1. 養(yǎng)分管理措施

3.2. 耕作和土地利用方式

3.3. 氣候變化因子

4. 微生物殘?bào)w在土壤中的穩(wěn)定機(jī)制

（1）SOM的穩(wěn)定性主要取決于其自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)和抗分解特性、團(tuán)聚體的物理保護(hù)以及與土壤礦物相互作用的化學(xué)保護(hù)。

（2）土壤礦物組成能夠改變土壤性質(zhì)和結(jié)構(gòu)及團(tuán)聚化過程.

（3）微生物殘?bào)w的穩(wěn)定化過程主要是通過與 黏土礦物相結(jié)合微生物效率-基質(zhì)穩(wěn)定性（microbial efficiency-matrix stabilization，MEMS）(圖2)。

（圖2）Representation of the effects of plant litter quality on CO2 efflux and soil organic matter stabilization in the Microbial Efficiency-Matrix Stabilization (MEMS) framework. During decomposition, above- and below-ground plant litters undergo microbial processing which determines the quantity and chemical nature of decomposition products. Proportionally more dissolved organic matter and more carbohydrates and peptides are formed from high-quality (e.g., fine roots and herbaceous) litter than low-quality (e.g., needle and wood) litter, which loses most of the C as CO2. The ultimate fate of the decomposition products depends on their interactions with the soil matrix. Proportionally more stable soil organic matter (SOM) accumulates in soils with a high soil matrix stabilization (e.g., high expandable and nonexpandable phyllosilicates; high Fe-, Al-, Mn-oxides in acidic soils or polyvalent cations in alkaline soils, and high allophane content, where they do occur).

Cotrufo, M.F., Wallenstein, M.D., Boot, C.M., Denef, K. and Paul, E. (2013), The Microbial Efficiency-Matrix Stabilization (MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: do labile plant inputs form stable soil organic matter?. Glob Change Biol, 19: 988-995.?https://doi.org/10.1111/gcb.12113